SKKN giúp học sinh trường THPT quan sơn phân loại và giải một số bài tập lên quan đến năng lượng của phản ứng hạt nhân

MỤC LỤC
Nội dung
1: MỞ ĐẦU
- Lí do chọn đề tài
- Mục đích nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu
2: NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
- Cơ sở lí luận của vấn đề
- Thực trạng của vấn đề nghiên cứu
- Giải pháp thực hiện để giải quyết vấn đề
- Hiệu quả đề tài
3- KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ

Trang
2
2
3
3
3
3
3
4
4
14
15

1


1. MỞ ĐẦU

1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong kì thi THPT Quốc gia năm 2017 môn Vật lí nằm trong bài thi tổ hợp
Khoa học tự nhiên với hình thức thi trắc nghiệm khách quan có số lượng là 40
câu trong thời gian 50 phút. Việc thay đổi so với các năm trước đòi hỏi giáo viên
giảng dạy cũng phải thay đổi phương pháp, nội dung ôn luyện để phù hợp với
tình hình thực tế. Kiến thức Vật lý hạt nhân lớp 12 là một phần quan trọng trong
chương trình SGK. Trong các đề thi là phần mà các em học sinh có thể khai thác
để giành điểm tuyệt đối những câu hỏi có liên quan đến kiến thức Vật lí hạt
nhân. Tuy nhiên với học sinh THPT Quan Sơn thì việc làm đúng tất cả các câu
hỏi liên quan đến Vật lý hạt nhân không phải là điều đễ dàng.
Trong quá trình ôn luyện cho học sinh tôi nhận thấy rằng phần lớn các em học
sinh THPT Quan Sơn chưa nắm bắt, hiểu rõ và chưa phân dạng hay ghi nhớ
được các dạng toán liên quan đến năng lượng trong phản ứng hạt nhân. Bản thân
nhận thấy sự khó khăn đó một phần ngoài kỹ năng giải toán có phần hạn chế của
học sinh vùng cao còn một phần vì bản thân chưa phân dạng phù hợp cũng như
trình bày chi tiết để các em dễ hiểu và vận dụng.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, nhu cầu ôn luyện của các em học sinh THPT
Quan Sơn, bản thân đã nghiên cứu, phân tích và tổng hợp các bài tập về năng
lượng trong phản ứng hạt nhân từ các nguồn tài liệu như Hocmai.v; violet.vn;
tuyensinh247.com…đặc biệt là tài liệu của các thầy giáo như: Đoàn Văn
Lượng, Chu Văn Biên, Phạm Quốc Toản, Trần Quốc Dũng, Nguyễn Anh Vinh…
Tôi đã thay đổi, sắp xếp, phân loại và áp dụng vào thực tế giảng dạy ở nhà
trường trong năm học 2017-2018 và đã thu được kết quả tích cực. Việc mong
nuốn cung cấp cho học sinh một tài liệu ôn luyện phù hợp với trình độ nhận thức
của học sinh là động lực và lí do để tôi thực hiện đề tài này. Xin được chia sẻ với
các đồng nghiệp đề tài sáng kiến kinh nghiệm: “ Giúp học sinh trường
THPT Quan Sơn phân loại và giải một số bài tập liên quan đến năng lượng
của phản ứng hạt nhân ” rất mong được sự góp ý của các đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!

2


1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn giảng dạy ở trường THPT Quan Sơn và mục
tiêu đạt điểm cao trong kì thi THPT Quốc gia 2018, đề tài được viết với mục
đích:
- Cung cấp tài liệu ôn tập cho học sinh THPT Quan Sơn với nội dung và cách
tiếp cận phù hợp với trình độ nhận thức của các em, để từ đó các em có thể học
tập, nghiên cứu, luyện giải các bài tập trong các đề thi thử và áp dụng vào kì thi
THPT Quốc gia năm 2018.
- Rèn luyện kỹ năng giải các bài tập liên quan năng lượng của phản ứng hạt
nhân, tạo sự tự tin cho các em học sinh trong khi luyện giải các đề thi.
- Nâng cao khả năng tự học, tự rèn luyện của giáo viên, mạnh dạn chia sẻ và học
hỏi với đồng nghiệp.
1.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đề tài nghiên cứu về phầnVật lí hạt nhân trong chương trình lớp 12 THPT.
Trong phần Vật lý hạt nhân có nhiều dạng toán, tuy nhiên trong đề tài này tôi chỉ
tập trung vào đối tượng là các bài tập về năng lượng trong phản ứng hạt nhân;
Phân tích những khó khăn của học sinh, định hình và phân loại thành các dạng
toán cụ thể sao cho phù hợp với học sinh THPT Quan Sơn. Từ đó thay đổi cách
tiếp cận vấn đề để các em học sinh có thể giải tốt các bài toán liên quan đến
năng lượng trong phản ứng hạt nhân.
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp mà tôi sử dụng để nghiên cứu trong đề tài:
- Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế năng lực học sinh THPT Quan Sơn từ
đó phân loại đối tượng để có phương pháp ôn luyện phù hợp.
- Phương pháp thu thập dữ liệu, tổng hợp và phân tích, hệ thống hóa kiến thức
để đưa ra kết quả và vận dụng trong quá trình ôn luyện cho học sinh
2. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ
1) Năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng( Kiến thức Vật lý 12 ):
m Z .m p (A Z).mn mX WLk
a) Độ hụt khối của hạt nhân:
b) Năng lượng liên kết hạt nhân: m.c2
c) Năng lượng liên kết riêng:

WLkr

W

Lk

A

m.c2

A

2) Phản ứng hạt nhân( Kiến thức Vật lý 12 ):
a) Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:
+ Định luật bảo toàn điện tích
+ Định luật bảo toàn số khối
+ Định luật bảo toàn động lượng
+ Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần( bao gồm năng lượng nghỉ và động
năng của hạt nhân)
b) Năng lượng phản ứng hạt nhân
3

A 1
z1

X1 + Az 22 X 2

A

z

3

3

X 3 + Az 44 X4

Gọi m1 , m2 , m3 , m4 là khối lượng các hạt nhân
Năng lượng phản ứng: Wp = (mtrước – msau).c2 = ( m1 m2 ) ( m3 m4 ) .c2
Wp > 0: Phản ứng tỏa năng lượng
Wp < 0: Phản ứng thu năng lượng
3) Kiến thức hình học 10:
(a b)2 (c d)2

a 2 b 2 2 ab cos( a, b )

c2 d2

2cd cos( c, d)

2.2. THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN
KINH NGHIỆM

Trong các năm trước khi gặp các bài tập về năng lượng của phản ứng hạt nhân
trong các đề thi, học sinh trường THPT Quan Sơn thường chỉ làm được bài tập
liên quan đến khối lượng, độ hụt khối, năng lượng liên kết, năng lượng liên kết
riêng hay động năng của các hạt nhân dưới dạng xác định năng lượng phản ứng
theo chiều thuận. Tuy nhiên khi gặp bài toán về năng lượng phản ứng liên quan
đến động lượng, biểu diễn véc tơ động lượng, tìm động năng, vận tốc của các
hạt nhân...các em học sinh cơ bản gặp khó khăn.
- Số lượng các bài tập về Vật lý có nhiều trên mạng, sách ôn luyện. Nhưng với
điều kiện thực tế như trường THPT Quan Sơn, việc học sinh tự tìm hiểu, tự học,
tự nghiên cứu là rất khó khăn. Nếu trình bày quá vắn tắt các em sẽ khó hiểu.
- Về năng lực nhận thức và tư duy của các em học sinh THPT Quan Sơn so với
học sinh các trường khác có phần hạn chế. Các em học sinh sẽ gặp khó khăn nếu
bài toán biến đổi đôi chút hoặc quá nặng về tính toán.
- Học sinh trường THPT Quan Sơn thường không nhớ đầy đủ các dạng toán,
không định hình được hướng giải quyết sau khi các em đọc đề.
2.3. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
1. Cách tiếp cận mới :
a) Yêu cầu học sinh nắm vững kiến thức sách giáo khoa: Độ hụt khối, năng
lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng, mối liên hệ động lượng và động năng
của các hạt nhân; các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân; xác định năng
lượng phản ứng theo khối lượng các hạt nhân.
b) Phân tích rõ định luật bảo toàn năng lượng trong phản ứng hạt nhân( bao gồm
năng lượng nghỉ và động năng của các hạt nhân )
Z

A

1

1

X1 ZA22 X2

A3
Z 3

X3

Z

A

4

4

X4

( m1c 2 W1 ) ( m2 c 2 W2 ) ( m3 c 2 W3 ) ( m4 c 2 W4 )

c) Phân loại các dạng toán liên quan đến năng lượng phản ứng hạt nhân thành 4
dạng và yêu cầu các em phải nhớ tên 4 dạng này. Điều này khá quan trọng vì để
các em biết được mình nhớ hay quên những dạng nào? Dạng nào các em gặp
khó khăn để kịp thời ôn luyện và bồi dưỡng. Bốn dạng toán được phân loại như
sau:
Dạng 1 : Năng lượng phản ứng hạt nhân xuất hiện trong phương trình phản ứng.
Dạng 2 : Năng lượng phản ứng hạt nhân liên quan đến khối lượng các hạt nhân.
4

Dạng 3 : Năng lượng phản ứng hạt nhân liên quan đến độ hụt khối, năng lượng
liên kết và năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân.
Dạng 4 : Năng lượng phản ứng hạt nhân liên quan đến vận tốc, động năng của
các hạt nhân.
2. Các dạng toán về năng lượng của phản ứng hạt nhân
Dạng 1 : Năng lượng phản ứng hạt nhân xuất hiện trong phương
trình phản ứng
Kiến thức:
Z

A

X1 ZA22 X2

1

1

A3
Z 3

X3

A4
Z 4

X4 WP

- Nhận xét : Khi sử dụng một hạt nhân ZA1 X1 hay tạo thành một hạt nhân ZA3 X3
thì năng lượng phản ứng sẽ là : WP

Vậy nếu có N hạt nhân ZA1 X1 ( hay tạo thành N hạt nhân ZA3 X3 ) thì năng lượng
hạt nhân sẽ là :
W = N.WP
- Học sinh ghi nhớ công thức tìm số hạt nhân trong m (g) ZA
m
X1 N
A . N A n. NA . Với n là số mol
Bài tập ví dụ:
Ví dụ 1:
4
Cho phản ứng hạt nhân: 31 T + 21 D
2 He + X +17,6MeV .
a) Tính năng lượng toả ra từ phản ứng trên khi tổng hợp được 50 hạt 42 He?
b) Tính năng lượng toả ra từ phản ứng trên khi sử dụng 2 mol Đơteri?
c) Tính năng lượng toả ra từ phản ứng trên khi tổng hợp được 2g Hêli.
Giải:
a) Năng lượng toả ra từ phản ứng trên khi tổng hợp được 50 hạt 42 He
- Khi tạo thành 1 hạt 42 He thì năng lượng tỏa ra là: WPư = 17,6MeV
Vậy khi tạo thành 50 hạt 42 He thì năng lượng cần tìm là:
W = N.WP = 50.17,6 = 880MeV
b) Năng lượng toả ra từ phản ứng trên khi sử dụng 2mol Đơteri
W = N.WP = n.NA. WP = 2,1197.1025MeV
c) Năng lượng toả ra từ phản ứng trên khi tổng hợp được 2g Hêli
23
m. NA
2.6, 023.1023 3, 01.10
- Số nguyên tử hêli có trong 2g hêli: N
1

3

1

3

A

4

- Năng lượng toả ra gấp N lần năng lượng của một phản ứng nhiệt hạch:
W = N.WP = 3,01.1023.17,6 = 52,976.1023 MeV
Ví dụ 2:
Cho phản ứng: 31 H + 21 H 42 He + 01 n + 17,6 MeV. Tính năng lượng tỏa ra khi
sử dụng 0,75gam Triti?
Giải
Năng lượng tỏa ra khi sử dụng 0,75gam Triti
m
Vận dụng công thức: W = N.WP = ( A . NA ) . WPư
5


W = 0,75 .6,022.1023.17,6 = 2,649.1024 MeV
3

Ví dụ 3:
Cho phản ứng hạt nhân sau: 12 D 12 D 23 He 01n 3, 25 MeV .
Biết 1u 931,5 MeV / c2 .
a) Xác định năng lượng tỏa ra khi sử dụng 10 hạt Đơteri?
b) Xác định năng lượng tỏa ra khi sử dụng 4 hạt phân tử D2O?
c) Xác định năng lượng tỏa ra khi sử dụng 10gam nước nặng D2O

Giải
1

2

H

1

2

H

2

4

He

0

1

n 3,25 MeV

a) Năng lượng tỏa ra khi sử dụng 10 hạt Đơteri
- Ở đây cần lưu ý: Cần 2 hạt Đơteri để có năng lượng 3,25MeV
N
10
- Vậy năng lượng cần tìm là: W 2 .WP = 2 .3, 25 =16,25MeV

b) Năng lượng tỏa ra khi sử dụng 4 hạt phân tử D2O
- Số hạt Đơteri có trong 4 hạt D2O là: 8
N
8
- Vậy năng lượng cần tìm là: W 2 .WP = 2 .3, 25 = 13MeV
c) Năng lượng tỏa ra khi sử dụng 10gam nước nặng D2O
- Số phân tử D2O có trong 10 gam D2O:

N

m
A

D2 O

DO

.NA

2

- Số hạt Đơteri có trong 10 gam D2O:

ND 2.ND2O 2. m .NA
A

DO
2

- Vậy năng lượng cần tìm là:

W

N

D

2

.WP = m .NA .W = 10 .6, 022.10 23.3, 25 9, 785.1023 MeV
P
A
D2 O

20

Dạng 2 : Năng lượng phản ứng hạt nhân liên quan đến khối lượng các hạt
nhân
Kiến thức:
Z

A

1

1

X1 ZA22 X2

A3
Z 3

X3

Z

A

4

4

X4

Gọi m1 , m2 , m3 , m4 là khối lượng các hạt nhân
Năng lượng phản ứng: Wp = (mtrước – msau).c2 = ( m1 m2 ) ( m3 m4 ) .c2
Wp >0: Phản ứng tỏa năng lượng
Wp <0: Phản ứng thu năng lượng
Đây là dạng phổ biến, học sinh cơ bản vận dụng tốt. Nhưng lại liên quan đến
một số dạng khác nên các em phải ghi nhớ kỹ.
Bài tập ví dụ:
Ví dụ 1:
Cho phản ứng hạt nhân 94 Be + 11 H 42 He + 63 Li. Xác định năng lượng tỏa ra
hoặc thu vào. Biết mBe = 9,01219 u; mp = 1,00783 u; mLi = 6,01513 u; mX =
4,0026 u; 1u = 931,5 MeV/c2.
6


Giải
H 42 He + 63 Li
4 Be +

- Năng lượng phản ứng: Wp = (mtrước – msau).c 2 ( m m ) ( m m ) .c2
9

1
1

=

BeH

HeLi

2

- Ta có: Wp = (mtrước – msau).c = (10,02002 – 10,01773).931,5 = 2,133MeV.
- Vậy phản ứng tỏa năng lượng
Ví dụ 2:
Thực hiện phản ứng hạt nhân sau :
23
2
4
20
11 Na + 1 D → 2 He + 10 Ne
Biết mNa = 22,9327 u ; m He = 4,0015 u ; mNe = 19,9870 u ; mD = 1,0073 u. Phản
ứng trên toả hay thu một năng lượng bằng bao nhiêu Jun ?
Giải
23
2
4
20

11 Na + 1 D → 2 He + 10 Ne
) .c2
- Năng lượng phản ứng: Wp = (mtrước – msau).c 2 ( Na m ) ( m m
m

=

D

He

Ne

-13

- Suy ra: Wp = 2,3275 MeV = 3,724.10 J > 0
- Đây là phản ứng toả năng lượng
Ví dụ 3:
Cho phản ứng hạt nhân: 1737Cl 11H 1837 Ar 01n phản ứng trên tỏa hay thu bao nhiêu
năng lượng? Biết mCl = 36,956563u, mH = 1,007276u, mAr =36,956889u, 1u =
931MeV/c2
Giải
37

Cl

1

1

H

37

18

Ar

1

n
2
- Năng lượng phản ứng: Wpư = (mtrước – msau).c = ( m Cl m ) H( m mAr) .c
17

0

2

n

- Suy ra: Wp = -1,6 MeV < 0
- Phản ứng thu năng lượng 1,6MeV
Ví dụ 4:
Phản ứng 23592 U + 01 n → 4295 Mo + 13957 La +2 01 n là một phản ứng phân hạch
của Urani 235. Biết khối lượng hạt nhân : m U = 234,99 u ; mMo = 94,88 u ; mLa =
138,87 u ; mn = 1,0087 u. Cho năng suất toả nhiệt của xăng là 46.106 J/kg . Khối
lượng xăng cần dùng để có thể toả năng lượng tương đương với 1 gam U phân
hạch ?
Giải

- Năng lượng toả ra khi giải phóng hoàn toàn 1 hạt nhân 235U phân hạch là:
( m m ) ( m m 2 m ).c2 = 215,3403MeV
Wp = (mtrước – msau).c 2
- Số hạt nhân nguyên tử 235U trong 1 gam U là :
=

N

n

U

Mo

La

n

m
1
23
.N
=
2,5617.1021 hạt .
A
A
235 .6, 02.10

- Năng lượng khi 1 gam U phản ứng phân hạch :
W = N.WP = 5,5164.1023 MeV = 5,5164.1023 .1,6.10–3 J = 8,8262J

- Khối lượng xăng cần dùng để thu được năng lượng của 1 gam 235U phân hạch :
m

W

46.106

1919 kg.

7


Dạng 3 : Năng lượng phản ứng hạt nhân liên quan đến độ hụt khối, năng
lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân

Kiến thức:
Z

A

1

1

X1 ZA22 X2

A3
Z 3

X3

Z

A

4

4

X4

- Ta gọi:
m1 , m2 , m3 , m4 là độ hụt khối của các hạt nhân
WLk1 , WLk 2 , WLk 3 , WLk 4 là năng lượng liên kết của các hạt nhân
WLkr1 , WLkr 2 , WLkr 3 , WLkr 4 là năng lượng liên kết riêng của các hạt
nhân - Năng lượng phản ứng hạt nhân:
(1)
Wp = ( m3
m4 ) ( m1
m2 ) .c2
(2)
Wp = (WLk 3 WLk 4 ) (WLk 1 WLk 2 )
Wp = (A3 WLkr 3 A4 WLkr 4 ) (A1 WLkr 1 A2 WLkr 2 )

(3)

Lưu ý : Trong 3 công thức trên chỉ được sử dụng khi số Proton và số Nơtron ở 2
vế bằng nhau. Đây là điều học sinh cần kiểm tra trước khi vận dụng.
Bài tập ví dụ:
Ví dụ 1:

Cho phản ứng hạt nhân: 31T 12D 24He X . Lấy độ hụt khối của hạt nhân T, hạt nhân
D, hạt nhân He lần lượt là 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u và 1u = 931,5
MeV/c2. Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng?
Giải
3
2
4
1
- Ta có phản ứng :
1T 1 D 2 He 0 n
- Vận dụng công thức :
Wp =

( mm ) ( m m ) .c2
3

4

1

2

- Ở đây X là Nơtron, nên độ hụt khối bằng 0, nên :
Wp =

(m

He

2

) ( mm ) .c2=17,498 MeV

T

D

Ví dụ 2 : Hai hạt nhân đơteri 1 D tương tác với nhau thành hạt nhân 23He và một
nơtron 01n : 12 D 12 D 23 He 01n . Biết năng lượng liên kết của 12D bằng 2,18 MeV
và của 23He bằng 7,62MeV. Phản ứng này tỏa hay thu năng lượng bao nhiêu?
Giải
- Vận dụng công thức:
Wp = (WLk 3 WLk 4 ) (WLk 1 WLk 2 )
- Ở đây Nơtron, độ hụt khối bằng 0, nên không có năng lượng liên kết riêng
- Ta có:Wp = (WHe (WD WD ) = 7,62 - (2,18 + 2,18) = 3,26 MeV
- Phản ứng tỏa năng lượng vì: Wp > 0
Ví dụ 3:

8


Tìm năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân 23492 U phóng xạ tia α và tạo thành đồng vị

Thôri 23090Th . Cho các năng lượng liên kết riêng của hạt α là 7,1 MeV, của 234U
là 7,63 MeV, của 230Th là 7,7 MeV.
Giải
phản ứng khi biết năng lượng liên

A W
4

Lkr 4

) (A1 WLkr 1 A2 WLkr 2 )

- Đây là bài toán tính năng lượng toả ra của kết riêng WLkr
của các hạt nhân
234
230
- Ta có phương trình: 92 U → 90Th + α .

Áp dụng công thức: Wp = (A3 WLkr 3
- Ta có: Wp = (ATh WLkr (Th) A WLkr ( ) ) AU WLkr (U)
-

13,98 MeV

Ví dụ 4: Cho phản ứng hạt nhân sau: 12 H 12 H 23 He 01n 3,25MeV . Biết độ hụt khối
của 12 H là mD= 0,0024 u và 1u = 931,5 MeV/ c2. Xác định năng lượng liên kết
của hạt nhân 23He ?
Giải
2
2
- Ta có phản ứng hạt nhân: 1 H 1 H 23 He 01n 3,25MeV
- Năng lượng tỏa ra của phản ứng theo năng lượng kiên kết:
Wp = (WLk 3 WLk 4 ) (WLk 1 WLk 2 ) = (WLk (He) ) (2WLk (D) )
Suy ra:

W
Lk (He)

2W

Lk (D)

+ Wpư = 2( mD ).c2 + Wpư = 7,7212MeV

Dạng 4 : Năng lượng phản ứng hạt nhân liên quan đến vận tốc, động năng
của các hạt nhân
Kiến thức:
a) Loại 1 : Phản ứng hạt nhân tổng quát
Z

A1
1

X1

Z

A2

X2

2

Z

A3

X3

3

A4
Z

X4

4

- Ta gọi:
W1 , W2 , W3 , W4 là động năng của các hạt nhân
P1 , P2 , P3 , P4 là động lượng của các hạt nhân
- Năng lượng phản ứng : Wp = ( W3 +W4)–(W1+W2)
- Định luật bảo toàn động lượng: P1 P 2 P 3 P4 Đến
đây ta vận dụng dẳng thức:
(a b ) 2 ( c d ) 2

(1)

a 2 b 2 2ab cos(a , b ) c 2 d 2 2cd cos(c , d )

Ta suy ra : P12 P22 2P1 .P2 .cos(P1 , P2 ) P32 P42
.cos(P3 , P4 )
(2)
- Mối liên hệ giữa động năng và động lượng: P2 2mW
- Việc kết hợp (1),(2) và (3) cho ta hệ phương trình để tìm ra đáp
án b) Loại 2 : Sự phóng xạ
Z

A1

X1

1

Z

A2
2

X2 ZA3 X3
3

2P3 .P4

(3)


- Hạt nhân mẹ đứng yên nên động năng, động lượng bằng không
- Năng lượng phản ứng : Wp = ( W2 +W3) (1)
- Định luật bão toàn động lượng: P 2 P 3 0 P22 P32 , với: P2 2mWđ

(2)
9


Suy ra, 2m2 .W2 = 2m3 .W3 m2 .W2
= m3 .W3 (3)

Lưu ý quan trọng được suy ra từ (1),(2) và (3):
m
+ Hệ thức : m

v

W

W

v

3

W

W
Wm

2

p

m m

m

3

3

3

2

2

2

2

3

2

W

2

+ Động năng các hạt khi bay ra :
W
3

3

m3
W
m2 m3 p
m2
W

p
m2 m3

+ Phần trăm năng lượng tỏa ra chuyển thành động năng của các hạt ZA2 X 2 và
2

Z

A

3
3

X3
W2 .100%
Wp
W
W

p

3

m3 .100%
m m
m
2

.100%

3

2

m2

.100%

m3

Bài tập ví dụ:
Ví dụ 1:
Dùng một Proton có động năng 5,58MeV bắn phá hạt nhân 1123Na đang đứng yên
sinh ra hạt và hạt nhân X có động năng lần lượt là 6,6MeV và 2,61MeV
1) Viết phương trình phản ứng
2) Xác định năng lượng phản ứng?
Giải
1
23
1) Phương trình phản ứng: 1 H 11 Na 24 He 1020Ne
2) Năng lượng phản ứng:
Vận dụng công thức xác định năng lượng phản ứng theo động năng các hạt nhân
ta có:
WP (W

WNe ) (WH WNa ) (6, 6 2, 61) 5, 58 3, 63 MeV 0

Phản ứng tỏa năng lượng.
Ví dụ 2:
Người ta dùng hạt prôtôn có động năng 2,69 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng

yên thu được 2 hạt α có cùng động năng . Tính động năng và vận tốc của mỗi
hạt α tạo thành? cho mp = 1,0073u; mLi = 7,0144u; m α =4,0015u ;
1u = 931 MeV/c2 .
Giải
1
7
4
- Phản ứng hạt nhân: 1 p 3 Li 2 He 24He
- Năng lượng của phản ứng hạt nhân là:
W = (mtrước – msau).c2 = ( mLi mn ) (2 mHe ) .c2 = 17,4097 MeV
- Phương trình liên hệ năng lượng phản ứng theo động năng:
W = ( 2WHe ) – ( WLi + Wp) = ( 2WHe ) – (Wp)
- Ta suy ra: W

W W

p

10, 05MeV

2

10


- Vận tốc của mỗi hạt α là:
v

2W

2.10, 05 MeV

2.10, 05 MeV

m

4, 0015u

4, 0015.931MeV
c2

c

2.10, 05 =2,2.107m/s.
4, 0015.931

Ví dụ 3:
Một nơtơron có động năng 1,1MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên gây ra phản
ứng: 01 n 36 Li X 24He . Cho mn = 1,00866 u; mX = 3,01600u ; mHe = 4,0016u; mLi
= 6,00808u. Biết hạt nhân Heli bay ra vuông góc với hạt nhân X. Xác định động
năng của hạt nhân X và hạt nhân Heli?
Giải
- Ta có năng lượng của phản ứng:
Wp Wp ( mHe m X ) ( m Li mn ) .c2 = - 0,8 MeV (phản ứng thu năng lượng)
- Áp dụng định luật bảo toàn động lượng:
Pn PHe PX . Biểu diễn trên hình vẽ, ta có:

P
He

900

O

Pn

P
X

Pn PHe PX

Pn2 PHe2 PX2

2 PHe PX .cos(90 0 )

2 mnWn 2 mHe .WHe 2 m X WX

- Năng lượng phản ứng theo động năng:
Wp = ( WHe + WX ) – ( Wn )
4W

Từ (1),(2) ta có hệ phương trình:

3W 1,1
He

X

WHe WX

0,3

He

(1)

(2)
W

0,2MeV
0,1MeV

W
X

Ví dụ 4:
Hạt α có động năng 3,1MeV đập vào hạt nhân nhôm đứng yên gây ra phản ứng
27
30
13 Al 15 P n , khối lượng của các hạt nhân là m α = 4,0015u, mAl = 26,97435u, mP
= 29,97005u, mn = 1,008670u, 1u = 931,5MeV/c2 . Giả sử hai hạt sinh ra có
cùng tốc độ. Động năng của hạt n là
Giải
- Năng lượng của phản ứng hạt nhân là
WPư = (mtrước – msau).c2 = (m m Al ) ( mP mn ) .c2 = - 2,672 MeV
- Phương trình liên hệ năng lượng phản ứng theo động năng:
WPư = ( WP + Wn ) – WHe = - 2,672 MeV
( WP + Wn ) = 0,428 MeV
(1)
30

1

- Động năng của 2 hạt 15 P và 0 n : WP

m v2
P P

2

m v2

; Wn

n n

2

mà vP = vn
11


1

Wn

mn

Wp

mP

1 W

Wn

WP Wn
n

30 1

30 WP Wn

31

Kết hợp với (1):
W

Wn

W

P

0, 428

n

0, 0138MeV

3131

Ví dụ 5:
Cho prôtôn có động năng 2,25MeV bắn phá hạt nhân 73 Li đứng yên. Sau phản
ứng xuất hiện hai hạt X giống nhau, có cùng động năng và có phương chuyển
động hợp với phương chuyển động của prôtôn góc φ như nhau.
Cho biết mP = 1,0073u; mLi = 7,0142u; mX = 4,0015u; 1u = 931,5 MeV/c2.
Coi phản ứng không kèm theo phóng xạ gamma.
a) Xác định động năng của hạt nhân X
b) Tính giá trị góc φ
Giải
1
7
- Phương trình phản ứng: 1 H 3 Li 24 X 24 X
a) Động năng của hạt nhân
X - Năng lượng phản ứng:
2
WPư = (mtrước – msau).c 2 ( m m ) (2 m X ).c = 17,23MeV
- Phương trình liên hệ năng lượng phản ứng theo động năng các hạt nhân:
WPư = ( 2WX ) – ( WLi + WH) = 2WX – WH
=

17, 23 2WX

HLi

2, 25 WX 9,74MeV

Vậy động năng của hạt nhân X là 9,74MeV
b) Tính giá trị góc φ

- Vận dụng định luật bảo toàn động lượng:
P

P

H

P

Li

P

X

P

X

H

P

P

X

X

P

X

O

φ
φ

Ta có:

PX
PH
PH2

PX PX
PX2

PX2

(PH )

2

(P X

PX )2

2 PX .PX cos( PX , PX ) PH2

PX2

PX2

2 PX .PX cos(2 )

- Công thức liên hệ giữa động lượng và động năng của vật:
P2 2mW
- Ta suy ra: 2 mH WH 2 m X W X 2 m X W X 2 2 mXW X . 2 mXWX cos(2 )
mH WH 2 m X WX 2 mXWX cos(2 ) cos(2 )
cos(2 )

m W 2m W
H

H

X

X

m W 2m W
H

H

X

X

2mXWX

0,967659 2 165,38 0 82, 690 2mXWX

12


Ví dụ 6:
Bắn một hat anpha vào hạt nhân nito 147 N đang đứng yên tạo ra phản ứng:
4

2

He

14
7

N

1

1

H

17

8O

1, 21MeV

Giả sử hai hạt sinh ra có cùng vecto vận tốc.
Xác định động năng của hạt anpha? (xem khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u
gần bằng số khối của nó)
Giải
- Phản ứng thu năng lượng: WPư = -1,21 MeV
- Theo ĐL bảo toàn động lượng ta có:
P

PN

PH

PO

P

PH

PO

- Vì hai hạt sinh ra có cùng vecto vận tốc, nên ta có :
P PH PO

mv

mH

mO v

(với v là vận tốc của hai hạt sau phản ứng)

v

mv
m m

2v
9

HO

- Động năng của hạt anpha:

m v2

W

2v2

2

- Tổng động năng của hai hạt sinh ra:
W W

(m m )v 2

(m m ) (2 )2 v2
2
9

HO

2

HO

2W

HO

9

- Phương trình liên hệ năng lượng phản ứng theo động năng các hạt nhân:
2
WPư = (WH WO) W = 9 W W79W
7
9
1,21
9 W W 1,21. 7 1,555MeV
Ví dụ 7:
Hạt nhân 22688 Ra đứng yên phân rã thành hạt và hạt nhân X (không kèm theo tia ).
Biết năng lượng mà phản ứng tỏa ra là 3,6 MeV và khối lượng của các hạt gần bằng
số khối của chúng tính ra đơn vị u. Tính động năng của hạt và hạt nhân X.
Giải
226
4
- Phương trình phản ứng: 88 Ra 2 + 22286 Rn.
- Năng lượng phản ứng: WP = 3,6 MeV
- Vận dụng công thức giải nhanh trong phần kiến thức:
Z

A

1

1

X1
W

A2
Z 2

X2

Z

A

3

3

X3

m3
2

+ Động năng các hạt khi bay ra :

Wp

m2 m 3
m2

W
3

Ta có:

m2 m 3
mX
m mRn
m

W

W

W

Rn

m mRn

p

Wp

Wp

4 .3,6 0,0637MeV
4 222
222
.3,6 3,5362MeV
4 222


13


Ví dụ 8:
Hãy viết phương trình phóng xạ của Randon ( 22286 Rn ). Có bao nhiêu phần trăm
năng lượng toả ra trong phản ứng trên được chuyển thành động năng của hạt ?
Coi rằng hạt nhân Randon ban đầu đứng yên và khối lượng hạt nhân tính theo
đơn vị khối lượng nguyên tử bằng số khối của nó.
Giải
- Phương trình phóng xạ của Randon ( 22286 Rn ):
222

86

Rn

218

84Po

- Phần trăm năng lượng toả ra trong phản ứng trên được chuyển thành động
năng của hạt là:
- Vận dụng công thức giải nhanh trong phần kiến thức:

Z

A

1

1

X1

A2
Z 2

X2

Z

A

3

3

X3

+ Phần trăm năng lượng tỏa ra chuyển thành động năng của các hạt A X 2 và Z2
2

W2 .100%
Wp

m m
2

.100%

3

W

2

m2

W
m

W .100%

.100%

m3

p

.100%

Po

218 .100% 98,198%

4 218

m mPo

p

3

m

W

Ta có:

.100%

m3

Ví dụ 9:
Pôlôni ( 21084Po ) là một chất phóng xạ , có chu kì bán rã T=138 ngày. Tính vận
tốc của hạt , biết rằng mỗi hạt nhân Pôlôni khi phân rã toả ra một năng lượng WP
= 2,60MeV
Giải
- Phương trình phóng xạ của Pôlôni ( 21084Po ):
210

84

Po

206

82Pb

- Phương trình năng lượng phản ứng theo động năng của các hạt
nhân: WP = ( W + WPb)- ( WPo ) = W + WPb = 2,60MeV
- Động năng của hạt :
Vận dụng công thức giải nhanh ở trên:
m

W

Pb

m mPb

- Vận tốc của hạt : v

.W
P

2W
m

206 .2,60 2,55MeV 4,08.10 13 J
4 206
2.4,08.10 13 11,1.106 m / s
4

2.4. HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI

Trong các năm học kể từ 2016 - 2017 trở về trước có thể nói khi gặp các bài
toán liên quan đến năng lượng của phản ứng hạt nhân đã gây khó khăn cho học
sinh trường THPT Quan Sơn đặc biệt là bài toán yêu cầu xác định động năng,
vận tốc hay hướng bay ra của các hạt nhân so với hạt nhân kích thích ban đầu.


14


Tuy nhiên trong năm học 2017-2018 với cách tiếp cận mới, cải tiến phương
pháp, phân loại thành các dạng toán và yêu cầu học sinh phân tích để hiểu, ghi
nhớ và vận dụng dưới sự định hướng của giáo viên, từ đó cho học sinh vận dụng
vào các đề thi thử và đã thu được kết quả như sau:
*) Về phía học sinh: Tạo được hứng thú học tập cho các em, hình thành thói
quen phân tích đề bài kết hợp với lý thuyết để vận dụng vào bài tập; tự tin trước
các bài tập về năng lượng của phản ứng hạt nhân; Có được tài liệu ôn luyện phù
hợp cho học sinh THPT Quan Sơn.
*) Về kết quả mới nhất khi học sinh (ôn ban Tự nhiên) làm bài tập liên quan đến
kiến thức Vật lý hạt nhân trong các đề thi: Đề thi ĐH 2017, cho làm 4 mã đề; có
60% em làm đúng.
Kết quả khảo sát sau khi vận dụng phương pháp tại lớp 12A1.
Số câu khảo sát: 50 câu về năng lượng của phản ứng hạt nhân.
8 Điểm 10
6,5 Điểm 8
5 Điểm < 6,5
Điểm < 5
33,33%
46,66%
20,01%
0%

3. KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
3.1. KẾT LUẬN
Trong năm học 2017-2018 sau khi tổng hợp, nghiên cứu, phân tích và phân
loại các bài toán về năng lượng của phản ứng hạt nhân, từ đó vận dụng vào quá
trình ôn luyện ở trường THPT Quan Sơn, bản thân nhận thấy rằng, từ việc lúng
túng khi giải bài tập khó phần năng lượng của phản ứng hạt nhân các em đã dần
tự tin và từng bước vận dụng hiệu quả kiến thức vào trong quá trình làm bài. Các
em học sinh đã có thể linh hoạt hơn khi gặp một số bài toán có sự biến đổi đôi
chút so với kiến thức đã học. Điều này thật có ý nghĩa đối với các em trong kì thi
sắp tới.
Như bản thân tôi đã trình bày ở trên, đề tài được nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu
thực tế giảng dạy ở nhà trường và là một tài liệu ôn tập cho các em học sinh
THPT Quan Sơn, khi được vận dụng trong năm học 2017-2018 đã thu được kết
quả thực tế đáng khích lệ. Tuy nhiên do thời gian áp dụng chưa dài và có thể
còn một số những hạn chế, bản thân rất mong được sự góp ý của các đồng
nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn. Bản thân sẽ tiếp tục bổ sung và hoàn thiện
với hi vọng tài liệu sẽ giúp ích cho học sinh vùng khó khi học tập và vận dụng
để luyện giải các đề thi trắc nghiệm.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã biên soạn đề thi thử ở các trường
THPT, các thầy cô giáo trên diễn đàn tạp chí vật lý tuổi trẻ; vatly247.com;
thuvienvatly.com; vatlyphothong.vn và đặc biệt là các thầy giáo Đoàn Văn
Lượng, Chu Văn Biên, Phạm Quốc Toản, Trần Quốc Dũng, Nguyễn Anh Vinh…
đã định hướng cho tôi thực hiện đề tài sáng kiến này!
3.2. KIẾN NGHỊ
- Sở giáo dục nên tiếp tục duy trì cuộc thi viết sáng kiến kinh nghiệm.
XÁC NHẬN CỦA BGH
Quan Sơn, ngày 17 tháng 05 năm 2018
Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết,
không sao chép nội dung của người khác.
15

Nguyễn Mạnh Thắng
NGUỒN TÀI LIỆU THAM KHẢO

- SGK Vật lý 12 – NXB GD
- Tạp chí vật lý tuổi trẻ
- hocmai.vn
- vatly247.com
- thuvienvatly.com
- vatlyphothong.vn
- Tài liệu ôn thi đại học của các thầy giáo: Đoàn Văn Lượng, Chu Văn Biên,
Phạm Quốc Toản, Trần Quốc Dũng, Nguyễn Anh Vinh

16