Sáng kiến kinh nghiệm vật lý SKKN vật lý thpt vật lý hạt nhân

MỤC LỤC
Nội dung
MỤC LỤC

Trang
1

MỞ ĐẦU

2

1. Lý do chọn đề tài..........................................................................

2

2. Mục đích nghiên cứu....................................................................

2

3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu...............................................

3

4. Phạm vi nghiên cứu......................................................................

3

5. Nhiệm vụ nghiên cứu...................................................................

3

6. Phương pháp nghiên cứu..............................................................

3

7. Phương pháp điều tra...................................................................

5

PHẦN NỘI DUNG.........................................................................

5

Chương 1 .......................................................................................

5

1. Hiện tượng phóng xạ ..................................................................

5

2. Định luật phóng xạ......................................................................

6

Chương 2

....................................................................................... 7

1 Rút lại các cơng thức tính cho bài phóng xạ..................................
2

Rút

ra

quy

luật

tính

7

nhẩm 7

nhanh........................................................

11

3. Xây dựng cơng thức độc chiêu cho bài phóng xạ 2 q
trình.............

13

PHẦN KẾT LUẬN............................................................................

13

1. Kết quả nghiên cứu và áp dụng.....................................................

13

2. Bài học kinh nghiệm.....................................................................

13

3. Kiến nghị.........................................................................................

14

4. Kết luận.............................................................................................

15

PHẦN PHỤ LỤC.................................................................................

1


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hệ thống giáo dục trong nước và trên tồn thế giới ln thay đổi về
phương pháp, nội dung dạy học và kiểm tra đánh giá. Cách đây khoảng 10
năm, việc kiểm tra, đánh giá chất lượng học sinh của nước ta chủ yếu dựa trên
bài tự luận. Một trong những nhược điểm lớn nhất của cách đánh giá này là
nội dung không đa dạng vì khơng đủ thời gian, đồng thời chưa thực sự cơng
bằng vì nó cịn phụ thuộc nhất định vào quan điểm, thái độ người chấm.
Cho tới nay, hầu hết việc kiểm tra, đánh giá được sử dụng phương án
trắc nghiệm là chủ yếu. Việc kiểm tra, đánh giá học sinh qua trắc nghiệm có
nhiều ưu điểm quan trọng như công bằng, nội dung bao quát được nhiều. Tuy

nhiên, để làm nhanh và chính xác đáp số bài trắc nghiệm thì khơng phải đơn
giản. Học sinh cần hiểu rõ bản chất hiện tượng, phải hiểu được mỗi cơng thức
tính do đâu mà có, từ đó vận dụng đa dạng vào các bài tập.
“Vật lý hạt nhân” có thể nói là rất mới mẻ với học sinh, khi các chỉ
được học lần đầu tiên vào chương cuối cùng của nội dung Sách giáo khoa Vật
lý 12. Vì thế, nhiều học sinh chưa bắt kịp bản chất của các hiện tượng, đặc
biệt là hiện tượng phóng xa. Dẫn đến việc nhiều học sinh còn lúng túng, chưa
đưa ra được cách giải quyết nhanh các vấn đề, hay bài tốn phóng xạ hạt
nhân.
Qua thời gian dạy, nghiên cứu thêm tài liệu và tìm tịi, so sánh các
phương pháp giải quyết bài tốn phóng xạ, tơi đã rút ra phương pháp giải
quyết bài tốn phóng xạ tối ưu nhất, có thể giúp học sinh vận dụng tốt khi học
chương Vật lý hạt nhân.
Với những lý do trên tôi quyết định chọn ‘‘Phương pháp giải siêu
nhanh bài tập phóng xạ trong vật lý hạt nhân’’ làm đề tài nghiên cứu.
2. Mục đích nghiên cứu
- Giúp học sinh dễ tiếp cận với chương Vật lí hạt nhân, cụ thể là các
q trình phóng xạ.
2


- Đưa ra phương án giải nhanh bài tập phóng xạ, tối ưu thời gian làm
bài trắc nghiệm.
3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
- Khách thể: Lý thuyết về q trình phóng xạ, các dạng phóng xạ
thường gặp.
- Đối tượng: Phương pháp giải bài tập phóng xạ trong vật lý hạt nhân
4. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu và khai thác nội dung liên quan đến các bài
tập về q trình phóng xạ hạt nhân, giới hạn trong chương 7 Sách giáo khoa

vật lí 12.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để thực hiện tốt đề tài nghiên cứu, người thực hiện đề tài này cần phải thực
hiện các nhiệm vụ sau:
1. Nghiên cứu các tài liệu chuyên môn, sách giáo khoa, sách bài tập, tài
liệu tham khảo.
2. Nghiên cứu các phương pháp dạy học tích cực.
3. Dạy thử nghiệm.
4. Dự giờ đồng nghiệp, trao đổi, rút kinh nghiệm.
5. Kiểm tra, đánh giá kết quả thực hiện đề tài dựa vào kết quả học tập của
học sinh để từ đó có sự điều chỉnh, bổ sung hợp lý.
6. Phương pháp nghiên cứu
1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Nghiên cứu các tài liệu chuyên môn.
2. Phương pháp quan sát: Người thực hiện đề tài tự tìm tịi, nghiên cứu,
đúc rút kinh nghiệm từ thực tiễn giảng dạy .
3. Phương pháp trao đổi, thảo luận: Từ kết quả nghiên cứu, người thực
hiện đề tài tiến hành trao đổi, thảo luận với đồng nghiệp, rút kinh nghiệm để
hoàn thiện đề tài.
4. Phương pháp thực nghiệm: Giáo viên tiến hành dạy thể nghiệm theo
phương pháp đã nghiên cứu trong đề tài.
3


7. Phương pháp điều tra:
Giáo viên ra các bài tập áp dụng để kiểm tra đánh giá kết quả sử dụng
phương pháp mới.

4

PHẦN NỘI DUNG
Chương 1

Cơ sở lý thuyết

1. Hiện tượng phóng xạ.
1.1 Khái niệm.
Phóng xạ là q trình phân hủy tự phát của một hạt nhân không bền vững (tự
nhiên hay nhân tạo). Q trình phóng xạ này có thể kèm theo sự tạo ra các hạt và
phát ra các bức xạ điện từ.
Hạt nhân tự phân rã gọi là hạt nhân mẹ
Hạt nhân được tạo thành sau phân rã là hạt nhân con.
1.2. Các dạng phóng xạ:
a. Phóng xạ  : Hạt nhân mẹ X phân rã tạo thành hạt nhân con Y, đồng thời
phát ra tia phóng xạ  theo phương trình:
+
Bản chất của tia phóng xạ :
 Tia  là dịng các hạt nhân Hêli ()
 Có vận tốc chừng 2.107 m/s
 Có khả năng làm ion hóa mạnh các nguyên tử trên đường đi của nó.
 Tia  chỉ đi được tối đa chừng 8cm trong không khí và chừng vài micrơmet
trong vật rắn.
b. Phóng xạ -: Phóng xạ - là q trình phát ra tia -, tia - là dịng hạt
electron ()
+
c. Phóng xạ +: Phóng xạ + là quá trình phát ra tia +, tia + là dịng hạt
pozitron ()có điện tích +e và có khối lượng bằng khối lượng của các electron.
+
Tính chất của tia  ( và ):
- Có tốc độ rất lớn; xấp xỉ bằng tốc độ ánh sáng.

- Có khả năng ion hóa mơi trường nhưng yếu hơn tia .
5


- Tia  có thể đi được vài mét trong khơng khí và vài milimét trong kim loại
d. Phóng xạ :
Trong phân rã  và ; hạt nhân con có thể ở trong trạng thái kích thích và phóng
xạ tia  để trở về trạng thái cơ bản.
- Tia  có bản chất là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (dưới 10-11m).
- Có tốc độ bằng tốc độ của ánh sáng: 3.108m/s.
- Có khả năng xuyên thấu lớn hơn nhiều so với tia  và tia .
- Tia  có thể đi qua được vài mét trong bêtơng và vài cm trong chì.
2. Định luật phóng xạ:
2.1 Đặc tính của q trình phóng xạ:
 Có bản chất là một q trình biến đổi hạt nhân.
 Có tính tự phát và không điều khiển được; không chịu tác động của các yếu
tố từ mơi trường ngồi như nhiệt độ, áp suất …
 Là một quá trình ngẫu nhiên: với một hạt nhân phóng xạ cho trước; thời
điểm phân rã của nó là khơng xác định; do đó ta khơng thể khảo sát sự biến
đổi của một hạt nhân đơn lẽ, mà chỉ khảo sát sự biến đổi thống kê của một
số lớn hạt nhân phóng xạ.

2.2. Định luật phóng xạ:
Mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi một khoảng thời gian gọi là chu
kỳ bán rã. Sau mỗi chu kỳ bán rã, lượng chất phóng xạ cịn lại chỉ bằng một
nửa so với ban đầu.
N=

 No là số nguyên tử chất phóng xạ lúc thời điểm đầu (t = 0).
 N là số ngun tử chất phóng xạ cịn lại ở thời điểm t.

 T là chu kỳ bán rã (cùng đơn vị với t)



Hằng số phóng xạ:

6


=> Ta thấy số lượng hạt nhân các chất phóng xạ giảm theo quy luật
hàm mũ, được biểu diễn qua đồ thị phía trên.
Chương 2

Phát triển phương phái giải quyết nhanh
các bài tốn phóng xạ

1. Rút lại các cơng thức giải quyết bài tập.
Giả sử ban đầu (lúc t = 0) có khối lượng chất phóng xạ là m0, số hạt
nhân nguyên tử là N0 và 100% nguyên chất. Từ định nghĩa q trình phóng xạ
ta có cơng thức:
* Tính khối lượng còn lại, số hạt nhân còn lại và phần trăm (theo khối lượng
hoặc số hạt nhân) còn lại sau thời gian t.
Khối lượng còn:

m= ;

Số hạt nhân còn:

N=;

Phần trăm cịn:

%cịn = 100.

* Tính khối lượng đã bị phân rã, số hạt nhân đã bị phân rã và phần trăm (theo
khối lượng hoặc số hạt nhân) đã bị phân rã sau thời gian t.
Khối lượng chất đã bị phân rã :

;

Số hạt nhân đã bị phân rã :
Phần trăm đã bị phân rã :
2. Rút ra quy luật tính nhẩm nhanh cho bài tốn phóng xạ.
Từ các cơ sở Lý thuyết và công thức trên tôi rút ra bảng tính nhẩm
nhanh cho các dạng bài tập phóng xạ bên dưới.
Dựa vào bảng này, ta có thể nhẩm nhanh bài tốn thuận như tính khối
lượng, số hạt, phần trăm... và bài tốn ngược về thời gian t, chu kì phóng xạ T.
Quy luật nhớ bảng này cũng dễ dàng hơn rất nhiều so với một số
phương pháp mà nhiều thầy cơ đang sử dụng để tính nhẩm phần này.

7


BẢNG TÍNH NHANH:

Cịn lại (m, N, %cịn)

Đã bị phân rã

.........

.........

1
2
3
4
5
...

Ví dụ 1: ( Đề thi THPT QG 2015). Đồng vị phóng xạ phân rã , biến thành
đồng vị bền với chu kỳ bán rã 138 ngày. Ban đầu có một mẫutinh khiết. Đến
thời điểm t, tổng số hạt  và hạt nhân( được tạo ra) gấp 14 lần số hạt nhân còn
lại. Giá trị của t bằng:
A. 552 ngày

B. 414 ngày

C. 828 ngày

D. 276 ngày

Hướng dẫn:
Phương trình phóng xạ:
Tổng số hạt  và hạt nhân( được tạo ra) gấp 14 lần số hạt nhân cịn lại: => .
Nhìn vào bảng tính nhanh ta thấy rơi vào trường hợp => t = 3T = 414 ngày.
Ta thấy cách làm này cực kì nhanh so với việc thế cơng thức tìm t.
Ví dụ 2: (Đề thi Đại học 2011) Chất phóng xạ pơlơni
206
82

210
84

Po

phát ra tia  và

210
84

biến đổi thành chì Pb . Cho chu kì bán rã của Po là 138 ngày. Ban đầu (t =
0) có một mẫu pơlơni ngun chất. Tại thời điểm t1, tỉ số giữa số hạt nhân
1
pôlôni và số hạt nhân chì trong mẫu là 3 . Tại thời điểm t2 = t1 + 276 ngày, tỉ

số giữa số hạt nhân pơlơni và số hạt nhân chì trong mẫu là
1
A. 15 .

1
B. 16 .

1
C. 9 .

1
D. 25 .

Hướng dẫn: Với câu này nếu làm bình thường sẽ rất dài và phức tạp. Nhưng

với cách tính nhẩm theo bảng, ta có thể nhanh chóng nhìn ra đáp án mà khơng
phải thực hiện phép tính phức tạp:
+ Tại thời điểm t1: => t1 = 2T (phần bị gấp 3 lần phần còn)
8


+ Tại thời điểm t2 = t1 + 276 = 4T => Đáp số câu A (phần bị gấp 15 lần
phần cịn)
Ví dụ 3: (Đề thi đại học 2013) : Ban đầu một mẫu chất phóng xạ nguyên
chất có N0 hạt nhân. Biết chu kì bán rã của chất phóng xạ này là T. Sau thời
gian 4T, kể từ thời điểm ban đầu, số hạt nhân chưa phân rã của mẫu chất
phóng xạ này là
15
N0
16

A.

1
N0
B. 16

1
N0
C. 4

1
N0
D. 8

Hướng dẫn: Với câu hỏi này, so vào bảng ta chỉ cần chọn đáp án phần cịn là
, tức là đáp án B.
Ví dụ 4: (Đề thi cao đẳng 2013) Một đồng vị phóng xạ có chu kì bán rã là
12,7 giờ. Sau 38,1 giờ, độ phóng xạ của đồng vị này giảm bao nhiêu phần
trăm so với lúc ban đầu?
A. 85%.

B. 80%.

C. 87,5%.

D. 82,5%.

Hướng dẫn :
Ta có : => phần trăm bị phân rã là
Ví dụ 5: (Đề thi cao đẳng năm 2009): Gọi  là khoảng thời gian để số hạt
nhân của một đồng vị phóng xạ giảm đi bốn lần. Sau thời gian 2 số hạt nhân
còn lại của đồng vị đó bằng bao nhiêu phần trăm số hạt nhân ban đầu?
A. 25,25%.

B. 93,75%.

C. 6,25%.

D. 13,5%.

Hướng dẫn:
+  là khoảng thời gian để số hạt nhân của một đồng vị phóng xạ giảm đi bốn
lần =>  = 2T (dựa vào bảng)
=> Sau thời gian 2 = 4T thì phần trăm còn là

* Một số bài tập luyện tập thêm.
Câu 1(Đề thi cao đẳng 2007): Ban đầu một mẫu chất phóng xạ ngun chất
có khối lượng m0 , chu kì bán rã của chất này là 3,8 ngày. Sau 15,2 ngày khối
lượng của chất phóng xạ đó cịn lại là 2,24 g. Khối lượng m0 là
A. 5,60 g.

B. 35,84 g.

C. 17,92 g.

D. 8,96 g.
9


Câu 2 (Đề thi ĐH – 2007): Giả sử sau 3 giờ phóng xạ (kể từ thời điểm ban
đầu) số hạt nhân của một đồng vị phóng xạ cịn lại bằng 25% số hạt nhân ban
đầu. Chu kì bán rã của đồng vị phóng xạ đó bằng
A. 2 giờ.

B. 1,5 giờ.

C. 0,5 giờ.

D. 1 giờ.

Câu 3(Đề thi cao đẳng 2008): Ban đầu có 20 gam chất phóng xạ X có chu kì
bán rã T. Khối lượng của chất X cịn lại sau khoảng thời gian 3T, kể từ thời
điểm ban đầu bằng
A. 3,2 gam.

B. 2,5 gam.

C. 4,5 gam.

D. 1,5 gam.

Câu 4. (ÐỀ ĐẠI HỌC – 2008): Một chất phóng xạ có chu kỳ bán rã là 3,8
ngày. Sau thời gian 11,4 ngày thì độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ) của lượng
chất phóng xạ cịn lại bằng bao nhiêu phần trăm so với độ phóng xạ của lượng
chất phóng xạ ban đầu?
A. 25%.

B. 75%.

C. 12,5%.

D. 87,5%.

Câu 5 : Một lượng chất phóng xạ Radon() ngun chất. Sau 16 ngày thì độ
phóng xạ của nó giảm 93,75%. Tính chu kì bán rã chất phóng xạ .
A. 4h

B. 6h

C. 8h

D. 2h

Câu 6. Chất phóng xạ có chu kì bán rã 138 ngày đêm, khối lượng ban đầu
200g. Sau 276 ngày đêm khối lượng chất phóng xạ cịn lại là A. 150g

B. 50g
C. ≈ 1,45g
D. ≈ 0,725g
Câu 7. Chất phóng xạ có chu kì bán rã 8 ngày đêm, khối lượng ban đầu 100g.
Sau 32 ngày đêm khối lượng chất phóng xạ cịn lại là
A. 12,5g

B. 3,125g

C. 25g

D. 6,25g

Câu 8 : Một chất phóng xạ có chu kỳ bán rã là 3,8 ngày. Sau thời gian 11,4
ngày thì độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ) của lượng chất phóng xạ cịn lại
bằng bao nhiêu phần trăm so với độ phóng xạ của lượng chất phóng xạ ban
đầu?
A. 25%.

B. 75%. .

C. 12,5%.

D. 87,5%.

Câu 9 : Sau khoảng thời gian 1 ngày đêm 87,5% khối lượng ban đầu của một
chất phóng xạ bị phân rã thành chất khác. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó
là
A. 12 giờ.

B. 8 giờ.

C. 6 giờ.

D. 4 giờ.
10


Câu 10 (ĐH 2013) : Ban đầu một mẫu chất phóng xạ nguyên chất có N 0 hạt nhân. Biết chu
kì bán rã của chất phóng xạ này là T. Sau thời gian 4T, kể từ thời điểm ban đầu, số hạt nhân
chưa phân rã của mẫu chất phóng xạ này là

15
N0
A. 16

1
N0
B. 16

1
N0
C. 4

1
N0
D. 8

3. Xây dựng công thức độc chiêu cho bài phóng xạ có 2 q trình thời
gian.

VD 1: (ÐỀ ĐẠI HỌC – 2009): Một chất phóng xạ ban đầu có N0 hạt nhân. Sau 1 năm, còn
lại một phần ba số hạt nhân ban đầu chưa phân rã. Sau 1 năm nữa, số hạt nhân còn lại
chưa phân rã của chất phóng xạ đó là

N0
A. 16 .

N0
B. 9

N0
C. 4

N0
D. 6

VD 2: Một chất phóng xạ ban đầu có N hạt nhân. Sau 2 năm, cịn lại một phần tư số hạt
0
nhân ban đầu chưa phân rã. Sau 4 năm nữa, số hạt nhân còn lại chưa phân rã của chất
phóng xạ đó là
A. N0 /6

B. N0 /16.

C. N0 /9.

D. N0 /4.

Với các bài tốn như ví dụ 1 và ví dụ 2 trên ta có thể giải theo cách bình
thường, đi lần lượt 2 quá trình để ra đáp số cuối cùng. Tuy nhiên nếu làm

vậy sẽ tốn thời gian cho bài trắc nghiệm, tôi đã chứng minh và đi đến một
công thức cuối cùng giải quyết bài tốn này một cách nhanh chóng như
sau:
+ Ta có =>
=>
+ Ta đặt: =>

Với cơng thức trên áp dụng cho ví dụ 1 và ví dụ 2 ta dễ dàng nhẩm ra đáp án
ngay lập tức.
Ví dụ 1: Sau t1 = 1 => a = => sau 1 năm nữa t2 =2:
Ví dụ 2: tương tự ta nhẩm được đáp án là
11


Ví dụ 3: (Đề thi cao đẳng năm 2009): Gọi  là khoảng thời gian để số hạt
nhân của một đồng vị phóng xạ giảm đi bốn lần. Sau thời gian 2 số hạt nhân
cịn lại của đồng vị đó bằng bao nhiêu phần trăm số hạt nhân ban đầu?
A. 25,25%.

B. 93,75%.

C. 6,25%.

D. 13,5%.

C. PHẦN KẾT LUẬN
1. Kết quả nghiên cứu và áp dụng.
Tôi đã áp dụng sáng kiến kinh nghiệm này cho học sinh trong những
năm gần đây và thu được những kết quả khả quan. Năm học gần đây nhất là
năm 2017-2018 tôi giảng dạy phương pháp này ở lớp 12A10 và 12A12 thì kết

quả 100% các em đều hiểu và biết cách áp dụng giải nhanh các bài cơ bản.
Khi cho các em làm bài kiểm tra phần này ở cả 2 lớp 100% các em đều vận
dụng phương pháp này hoàn thành hết phần bài cơ bản; phần bài khá thì lớp
12A10 có 82% em làm được, lớp 12A12 có 76% em làm được.

12


Các bài tốn phóng xạ trong các đề thi THPT Quốc Gia đều khá phù
hợp để sử dụng phương pháp này. Với Phương pháp nhẩm này học sinh làm
bài nhanh, tiết kiệm được nhiều thời gian để làm những câu khác.
2. Bài học kinh nghiệm.
Sau khi áp dụng thành công đề tài này, bản thân tôi đã thu được những
kết quả đáng kể và những kinh nghiêm quý báu cho bản thân như sau:
1. Khi đưa ra các công thức, phương pháp tính cần dẫn dắt học sinh
chứng minh được nguồn gốc phương pháp giải hay công thức áp dụng. Từ đó
giúp học sinh hiểu bài đúng bản chất, nhớ lâu và có hứng thú học tập hơn.
2. Mỗi phương pháp cũng áp dụng cho những đối tượng học sinh nhất
định, mỗi dạng bài tập dành cho các đối tượng học sinh nhất định. Cần lựa
chọn phương pháp và cấp độ bài tập phù hợp với đối tượng mình giảng dạy.
3. Kiến nghị
Xuất phát từ cơ sở lý luận, thực tiễn, mục đích dạy học cũng như những
thành cơng và hạn chế trong khi thực hiện đề tài, để góp phần vào việc giảng
dạy bộ môn đạt kết quả tốt, tơi có những kiến nghị sau:
Đối với tổ chun mơn, đưa phương pháp này vào thảo luận trong họp
tổ, nếu thầy cô nào chưa áp dụng hoặc áp dụng hiệu quả chưa cao thì có thể
sử dụng để giảng dạy cho học sinh, nhằm nâng cao chất lượng dạy học, tạo
hứng thú cho học sinh.
Phương pháp giải nhanh bài toán phóng xạ này cũng có khá nhiều thầy
cơ đã từng nghiên cứu, cách giải quyết vấn đề của tôi cho bài tốn này cúng

được tìm tịi rất kĩ và đẩy hiệu quả cao nhất. Vì vậy tơi rất mong những thầy
cơ có chun mơn sau khi tìm hiểu phương pháp này có thể giới thiệu với
đồng nghiệp của mình.
4. Kết luận
Trên đây là một số suy nghĩ, tìm tịi của giáo viên khi giảng dạy cho
học sinh về phần này và đã thu nhận được những kết quả khả quan, gây hứng
13


thú cho học sinh trong học tập và đã nhận được những phản ứng tích cực của
học sinh. Tuy nhiên do điều kiện về năng lực và thời gian nên vấn đề đưa ra
sẽ có những chỗ cịn hạn chế.
Rất mong được sự quan tâm đọc góp ý và vận dụng của các đồng
nghiệp.

Xin chân thành cảm ơn !
TP Hồ Chí Minh, ngày .. tháng … năm …..

14


Danh mục tài liệu tham khảo
1. Vật lý 12. NXB GD Năm 2017
Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên) - Vũ Quang (Chủ biên)
2. Đề thi THPT Quốc gia các năm học đã qua.

15