SKKN : Giải bài tập trắc nghiệm phần vật lý hạt nhân

A. Đặt vấn đề
Trong công cuộc đổi mới nội dung chương trình sách giáo khoa, tích cực hoá đổi
mới phương pháp giảng dạy, có sự đổi mới cách kiểm tra, đánh giá học sinh. Sự
kiểm tra, đánh giá chuyển từ trắc nghiệm tự luận sang trắc nghiệm khách quan
đánh giá một cách khách quan năng lực nhận thức của học sinh. Nhưng trắc
nghiệm khách quan có thể nói là một cuộc chạy “ Maraton“, yêu cầu người học cần
thông hiểu và vận dụng kiến thức một cách nhanh nhạy. Vậy làm thế nào chọn
được đáp án nhanh nhất trong câu hỏi trắc nghiệm khách quan ? Qua kinh nghiệm
giảng dạy tôi thấy mỗi phần đều có một phương pháp riêng nhất định và dưới đây
tôi xin trình bày một số hiểu biết của mình mà tôi rút ra được trong quá trình giảng
dạy phần vật lý hạt nhân.
B. Nội dung
I.Những yêu cầu đối với phần vật lý hạt nhân
- Nắm đựợc cấu tạo hạt nhân, sự phóng xạ, các loại phóng xạ, định luật về sự
phóng xạ
- Nắm đựợc tính chất các loại phóng xạ, các qui tắc dịch chuyển trong sự phóng
xạ, viết được đầy đủ phương trình phản ứng hạt nhân nhờ các định luật bảo toàn
trong phản ứng hạt nhân
- Biết tính số hạt, khối lượng, độ phóng xạ sau thời gian t
- Biết tính số hạt đã phân rã, số hạt nhân con tạo thành, biết tính và phân biêt khối
lượng đã phân rã với khối lượng hạt nhân con tạo thành
- Biết tính bài toán tính tuổi của vật cổ
- Biết mối liên hệ giữa khối lượng và độ phóng xạ
- Nắm được các khái niệm năng lượng nghỉ, độ hụt khối, năng lượng liên kết, năng
lượng liên kết riêng, các phản ứng toả và thu năng lượng
- Biết mối liện hệ giữa các đơn vị
- Biết tính năng lượng toả hay thu trong phản ứng hạt nhân khi biết khối lượng các
hạt, hoặc độ hụt khối của các hạt, hoặc năng lượng liên kết riêng của mỗi hạt
- Biết kết hợp giữa các định luật bảo toàn động lượng và năng lượng
II. Kiến thức áp dụng phần vật lý hạt nhân
- Định luật về sự phóng xạ : Mõi chất phóng xạ được đặc trưng bởi một thời

gian t gọi là chu kì bán rã. Sau mỗi chu kì một nửa số hạt ban đầu biến đổi
thành hạt nhân khác
- Các biểu thức biểu diễn định luật phóng xạ :
N =
T
t
N
2
0
= N
0
. e
-
t
λ
m =
T
t
m
2
0
= m
0
. e
-
t
λ
H =
T
t

H
2
0
= H
0
. e
-
t
λ
H =
λ
.N
0
H
0
=
λ
.N
0
- Các đơn vị khối lượng : Kg, u, MeV/c
2
- Mối liên hệ :
- Các đơn vị năng lượng : J, KJ, eV, MeV, KWh
- Mối liên hệ :
- Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng E = m.c
2

- Phản ứng toả và thu năng lượng
III. Những lưu ý và phương pháp làm bài phần vật lý hạt nhân
Phần 1: Sự phóng xạ

1 - Bài tốn áp dụng định luật phóng xạ sẽ trở lên đơn giản khi khoảng thời gian
t bằng một số chẵn lần chu kì T. Sau 1,2,3,… chu kì T, chất phóng xạ còn lại là :
m
0
/2; m
0
/4; m
0
/8
VD1)
23
11
Na
phóng xạ Bêta trừ và biến thành Magiê. Sau thời gian 45 giờ khối lượng
chất phóng xạ chỉ còn 12,5% khối lượng chất phóng xạ ban đầu. tìm chu kỳ bán rã của
Natri?
A). 15giờ B). 11,25giờ C). 22,5giờ D). 45giờ
Nhận xét : 12,5% = 1/8 = 1/2
3
. Vậy t/T = 3 hay T = 15 giờ. Ta chọn đáp án A
VD 2)
23
11
Na
là chất phóng xạ
β
−
và biến thành Magiê có chu kỳ bán rã là 15
giờ.Ban đầu có 1 lượng Na nguyên chất. Sau thời gian bao lâu thì tỉ số giữa số hạt nhân Na
và Mg bằng 1?

A). 30 giờ B). 3,75 giờ C). 15 giờ D). 7,5 giờ
Nhận xét : Sau 1 chu kì, số hạt Na còn lại ½ so với số hạt ban đầu. Vậy ½ số hạt Na
ban đầu đã phân rã = số hạt Mg tạo thành, nên tỉ số giữa số hạt Na còn lại và số hạt
Mg sinh ra là 1. Ta chọn được đáp án A
VD 3) Polôni(Po210) là chất phóng xạ Alpha có chu kỳ bán rã là 138 ngày. Sau thời
gian 276 ngày lượng chất phóng xạ còn lại là 12gam. Tìm khối lượng chất phóng xạ ban
đầu
A). 36g B). 24g C). 48g D). 60g
Nhận xét : 276 ngày = 2x138 ngày = 2 T . Vậy lượng chất phóng xạ còn lại = ¼ khối
lượng chất ban đầu hay khối chất phóng xạ ban đầu = 4 lần khối chất phóng xạ còn
lại. Ta chọn được đáp án C
VD 4) Polôni phóng xạ Alpha và biến thành đồng vò bền của chì có chu kỳ bán rã
là138 ngày. ban đầu có 1 lượng Po nguyên chất. Sau thời gian 276 thì tỉ số giữa số hạt nhân
chì và số hạt nhân Po bằng bao nhiêu
A). 4 B). 2 C). 8 D). 3
Nhận xét : Tương tự trên ta có số hạtPo còn lại bằng ¼ số hạt Po ban đầu, nên số
hạt Po đã phân rã = 3/4 số hạt Po ban đầu và số hạt này bằng số hạt chì sinh ra
nên ta có đáp án D
2 - Đối với bài tốn tính tuổi của cổ vật, thời gian t thường khơng bằng số
chẵn lần chu kì nên khi áp dụng biểu thức của định luật phóng xạ ta phải lấy lơga lê
pe hai vế của biểu thức . từ đó dễ dàng rút ra được thời gian t
VD5) Tính tuổi của một mẩu gỗ cổ biết rằng độ phóng xạ bêta của nó bằng 0,77 lần
độ phóng xạ của một mẩu gỗ khác giống hệt mới chặt. Cho chu kỳ bán rã của C14 là 5600
năm
A).
≈
2112 năm B).
≈
1210 Năm C).
≈

4510 năm D).
≈
3600 năm
Giải :
Áp dụng cơng thức : H = H
0
. e
-
t
λ

⇒
0
H
H
= e
-
t
λ
. Lấy ln 2 vế ta có ln
0
H
H
= -
t
λ
.
Với
0
H

H
= 0,77;
λ
= ln2/T. Ta tính được t = 2112 năm
VD 6) Chất
60
27
Co
dùng trong y tế có chu kỳ bán rã 5,33 năm.Ban đầu khối lượng Co là
500gam. Sau thời gian bao lâu thì lượng chất phóng xạ còn lại là100gam
A). 12,38năm B). 8,75năm C). 10,5năm D). 15,24 năm
Tính tương tự như trên ta được đáp án A
VD7) Chất
60
27
Co
dùng trong y tế có chu kỳ bán rã 5,33 năm.Ban đầu khối lượng Co là
500gam. Tìm khối lượng chất phóng xạ còn lại sau 12 năm?
A). 210gam B). 186gam C). 105gam D). 126gam
Dùng cơng thức m =
T
t
m
2
0
hoặc m = m
0
. e
-
t

λ
. Bấm máy để thực hiện phép tính ta
tìm được đáp án C
3 - Khi xét sự phóng xạ, ta có số hạt nhân mẹ phân rã bằng số hạt nhân con
tạo thành , nhưng khối lượng hạt nhân mẹ phân rã khơng bằng khối lượng hạt
nhân con tạo thành. Ở đây ta dễ mắc sai lầm là bằng
VD : Hạt nhân
Po
210
84
phóng xạ
α
và biến thành hạt nhân X. Lúc đầu có 42 g
poloni. Sau 3 chu kì khối lượng chất X được tạo thành là
A. 5,25 g B. 36,75 g C. 36,05 g D. Một giá trị khác
Nhận xét : Trong bài này học sinh có thể mắc những sai lầm sau
- Nhầm tưởng khối lượng chất X được tạo thành là khối lượng còn lại của Po sau 3
chu kì nên có đáp án A
- Nhầm tưởng khối lượng chất X được tạo thành bằng khối lượng đã phân rã của
Po nên có đáp án B.
- Ở đây chỉ có số mol Po phân rã bằng số mol X tạo thành, nên ta tính được khối
lượng X tạo thành bằng : Số mol Po phân rã x khối lượng mol X . Với khối lượng
mol Po phân rã sau 3 chu kì là 36,75/210 ; khối lượng mol X coi xấp xỉ bằng số khối
A và bằng 206. Ta tìm được đáp án C
4 - Khi tính năng lượng E theo đơn vị MeV bằng cơng thức E = m.c
2
ta nên
lấy đơn vị m là MeV/c
2
. Khi đó giá trị của m bằng giá trị của E

Ví dụ : m = 931 MeV/c
2
thì E = 931 MeV
5 - Các phản ứng nhiệt hạch, phân hạch , các phóng xạ ln là phản ứng
toả năng lượng nên khối lượng các hạt trước phản ứng bao giờ cũng lớn hơn khối
lượng các hạt sau phản ứng
6 - Đối với câu nhận biết, thơng hiểu ngồi nắm chắc kiến thức cần biết phân
tích, phán đốn để tìm ra phương án đúng nhất hoặc sai
VD8 ) Chọn câu sai về phóng xa
A). Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân khi bò kích thích phóng ra các tia phóng xạ và
biến đổi thành hạt nhân khác
B). Hiện tượng phóng xạtuân theo đònh luật phóng xạvà các đònh luật bảo toàn của
phản ứng hạt nhân
C). Không thể thay đổi thành phần tia phóng xạphát ra từ một chất phóng xa
D). Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân tự động phóng ra các tia phóng xạvà biến đổi
thành hạt nhân khác
Nhận xét :Ta thấy ngay đáp án A và D mâu thuẫn với nhau , nên ta loại được B và
C. Bằng hiểu biết ta chọn đáp án D
Đối với một số câu đòi hỏi sự hiểu biết chính xác tới từng chi tiết nhỏ, như các ví dụ
sau đây
VD9) Tìm phát biểu sai về độ phóng xạ?
A). Độ phóng xạ H của một lượng chất phóng xạ đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh
hay yếu, đo bằng số phân rã trong 1 giây.
B). Ci là độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ có giá trò bằng 7,3.10
10
Bq.
C). Đồ thò ï H
(t)
có dạng giống như đồ thò N
(t)

vì chúng giảm theo thời gian với cùng
một qui luật.
D). Becơren là đơn vò đo độ phóng xạ có giá trò bằng 1 phân rã trong 1 giây.
Trong câu này đáp án sai cần tìm là C . Để phát biểu này đúng ta cần sửa
7,3.10
10
Bq thành 3,7.10
10
Bq
VD 10)Tìm phát biểu sai về hiện tượng phóng xa
α
.
A). Tia
α
là dòng hạt nhân
4
2
He
mang điện tích +2e.
B). Hạt
α
phóng ra từ hạt nhân với vận tốc khoảng 10
7
m/s.
C). Tia
α
bò lệch về phái bản âm của tụ điện.
D). Tia
α
phát ra từ hạt nhân bay được xa nhất 18cm trong không khí.

Trong câu này đáp án sai cần tìm là D. Để phát biểu này đúng ta cần sửa
18cm thành 8 cm
Ngồi ra có thể dùng sự nhận biết để có ngay đáp án trong những bài tính tốn
phức tạp
VD 11 :
23
11
Na
phóng xạ Beta và biến thành Mg. Tại thời điểm t
1
tỉ lệ giữa số hạt
nhân Mg và số hạt nhân Na là 0,25. Sau đó 45 giờ thì tỉ lệ đó là 63. Tìm chu kỳ bán rã
của Na?
A). 15giờ B). 30giờ C). 7,5 giờ D). 45giờ
Nhận xét : Ta biết Na phóng xạ Beta và biến thành Mg với chu kì bán rã 15 giờ
nên ta chọn được ngay đáp án A
7- Ta có thể dùng phương pháp loại trừ để tìm nhanh được đáp án mà
khơng cần phải tính tốn, trong khi nếu giải bình thường thì phải mất nhiều thời
gian tính tốn phức tạp
VD12 : Ta quay lại các ví dụ 6 và 7
Với ví dụ 6 ta có nhận xét : Sau thời gian 2 chu kì chất phóng xạ còn lại ¼ = 125
gam, sau thời gian 3 chu kì chất phóng xạ còn lại 1/8 = 500/8 g. Ở đây chất
phóng xạ còn lại 100 gam < 125 gam. Vậy thời gian để chất phóng xạ còn lại
100 gam phải lớn hơn hai chu kì = 10,66 năm . Ta loại được đáp án B,C, đáp án
D loại vì 15,24 gần bằng 3 chu kì sẽ có khối lượng chất phóng xạ còn lại 500/8
gam nhỏ hơn nhiều so với 100 gam, nên ta chọn đáp án A
Với ví dụ 7 ta có nhận xét : Sau thời gian 12 năm lớn hơn 2 chu kì một chút nên
khối chất phóng xạ còn lại phải nhỏ hơn 500/4 g = 125 g. Do vậy ta chọn được
đáp án C
VD 13: Chọn câu trả lời đúng

Chu kì bán rã của
C
14
6
là 5590 năm. Một mẩu gỗ cổ có độ phóng xạ là 197 phân
rã/phút. Một mẩu gỗ khác, cùng loại cùng khối lượng của cây mới hạ xuống có
độ phóng xạ 1350 phân rã/phút. Tuổi của mẩu gỗ cổ là
A. 15525 năm B. 1552,5 năm
C. 1,5525.10
5
năm D. 1,5525.10
6
năm
Nhận xét : Ta thấy độ phóng xạ của gỗ cổ nhỏ hơn độ phóng xạ của mẩu gỗ mới
chặt là 1350/197
≈
7 lần . Vậy cần thời gian gần bằng 3 chu kì là 5590 x3 =
16770 năm. Nhận thấy chỉ có đáp án A thoả mãn. Ta chọn đáp án A
.....
Phần 1 : Năng lượng hạt nhân
C. Kết luận :
Trên đây là một số vấn đề mà tôi rút ra được trong quá trình giảng dạy phần
vật lý hạt nhân . Xin trân trọng trao đổi cùng đồng nghiệp. Rất mong được
sự đóng góp của các quí đồng nghiệp để phần trình bày của tôi được hoàn
thiện hơn và quá trình giảng dạy học sinh có hiệu quả hơn! Cuối cùng tôi xin
chân thành cảm ơn !
Phong châu ngày 16 / 4 / 2007
Người viết
Ngô Thị Lý Hương