Giáo án Vật lý Lớp 12 - Chương VII: Hạt nhân nguyên tử - Tiết 64, Bài 38: Phản ứng phân hạch

Ngày soạn: /	/ Ngày dạy: /	/
Tiết 64
MỤC TIÊU BÀI HỌC
Về kiến thức

PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH
o0o
Nêu được phản ứng phân hạch là gì.
Giải thích được (một cách định tính) phản ứng phân hạch là phản ứng hạt nhân toả năng lượng.
Lí giải được sự tạo thành phản ứng dây chuyền và nêu điều kiện để có phản ứng dây chuyền
Về kĩ năng
Vận dụng các công thức đã học vào giải bài tập trong SGK
Về thái độ
Rèn thái độ tích cực tìm hiểu, học tập, tự lực nghiên cứu các vấn đề mới trong khoa học
Năng lực hướng tới
a, Phẩm chất năng lực chung
Phẩm chất: Tự lập, tự tin, tự chủ; Có trách nhiệm bản thân và cộng đồng
Năng lực chung: Năng lực tự học; năng lực giải quyết vấn đề; Năng lực giao tiếp; Năng lực hợp tác; Năng lực sử dụng ngôn ngữ; Năng lực tính toán.
b, Năng lực chuyên biệt môn học
Năng lực sử dụng ngôn ngữ, năng lực tính toán, năng lực thực hành, thí nghiệm
PHƯƠNG PHÁP-KĨ THUẬT
Phương pháp
PP dạy học Gợi mở - vấn đáp, PP thuyết trình, PP hoạt động nhóm, PP công tác độc lập
Kĩ thuật dạy học
Kĩ thật dặt câu hỏi, kĩ thuật XYZ
CHUẨN BỊ
Chuẩn bị của giáo viên:
Gíao án, tranh, ảnh trong SGK.
SGK, SGV, một số dụng cụ thí nghiệm
Giao một số câu hỏi trong bài học mới cho học sinh tìm hiểu trước ở nhà.
Chuẩn bị của học sinh:
Đọc trước bài học, tự tìm thông tin trong SGK sách tham khảo, mạng để trả lời các câu hỏi trong SGK và các câu hỏi giáo viên giao về nhà cho HS tiết trước.
HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Ổn định lớp
Kiểm tra bài cũ
Bài mới
Họat động của giáo viên
Họat động của học sinh
Nội dung
HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (2’)
Mục tiêu:	HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới.
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Để:
Giải thích được (một cách định tính) phản ứng phân hạch là phản ứng hạt nhân toả năng lượng.
Lí giải được sự tạo thành phản ứng dây chuyền và nêu điều kiện để có phản ứng dây chuyền
Chúng ta cùng tìm hiểu bài học hôm nay
HS ghi nhớ
HS đưa ra phán đoán
Tiết 64
PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH
HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’) Mục tiêu: - Nêu được phản ứng phân hạch là gì.
Giải thích được (một cách định tính) phản ứng phân hạch là phản ứng hạt nhân toả năng lượng.
Lí giải được sự tạo thành phản ứng dây chuyền và nêu điều kiện để có phản ứng dây chuyền
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan
Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Y/c HS đọc Sgk và cho biết phản ứng phân hạch là gì?
Phản ứng hạt nhân có thể tự xảy ra ® phản ứng phân hạch tự phát (xác suất rất nhỏ).
Ta chỉ quan tâm đên các phản ứng phân hạch kích thích.
Quá trình phóng xạ a có phải là phân hạch không?
Xét các phân hạch của
235U , 238U , 239U ®
92	92	92
chúng là nhiên liệu cơ bản của công nghiệp hạt nhân.
Để phân hạch xảy ra cần phải làm gì?
Dựa trên sơ đồ phản ứng phân hạch.
Trạng thái kích thích không bền vững ® xảy ra phân hạch.
Tại sao không dùng prôtôn thay cho nơtrôn?
HS đọc Sgk và ghi nhận phản ứng phân hạch là gì.
Không, vì hai mảnh vỡ có khối lượng khác nhau nhiều.
HS đọc Sgk, phải truyền cho hạt nhân X một năng lượng đủ lớn (giá trị tối thiếu của năng lượng này: năng lượng kích hoạt, cỡ vài MeV), bằng cách cho hạt nhân “bắt” một nơtrôn ® trạng thái kích thích (X*).
Prôtôn mang điện tích dương ® chịu lực đẩy do các hạt nhân tác dụng.
I. Cơ chế của phản ứng phân hạch
1. Phản ứng phân hạch là gì?
- Là sự vỡ của một hạt nhân nặng thành 2 hạt nhân trung bình (kèm theo một vài nơtrôn phát ra).
2. Phản ứng phân hạch kích thích
n + X ® X* ® Y + Z + kn (k = 1, 2, 3)
- Quá trình phân hạch của X là không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích X*.
- Thông báo 2 phản ứng
- HS ghi nhận hai phản
II. Năng lượng phân hạch
- Xét các phản ứng phân hạch:
1n + 235U ® 236U *
0	92	92
® 95Y + 138I + 3 1n 39	53	0
1n + 235U ® 236U *
0	92	92
® 139 Xe + 95Sr + 2 1n 54	38	0
1. Phản ứng phân hạch toả năng lượng
Phản ứng phân hạch 235U là phản
92
ứng phân hạch toả năng lượng, năng lượng đó gọi là năng lượng phân hạch.
Mỗi phân hạch 235U tỏa năng
92
lượng 212MeV.
2.	Phản	ứng	phân	hạch	dây chuyền
Giả sử sau mỗi phân hạch có k nơtrôn được giải phóng đến kích
thích các hạt nhân	235U	tạo nên
92
những phân hạch mới.
Sau n lần phân hạch, số nơtrôn giải phóng là kn và kích thích kn phân hạch mới.
+ Khi k < 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh.
+ Khi k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra không đổi.
+ Khi k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra tăng nhanh, có thể gây bùng nổ.
Khối lượng tới hạn của 235U vào
92
phân hạch của 235U .
92
ứng.
- Thông báo về kết quả các phép toán chứng tỏ hai phản ứng trên là phản ứng toả năng
- HS ghi nhận về phản ứng phân hạch toả năng lượng.
lượng: năng lượng phân
hạch.
- 1g 235U khi phân hạch
92
toả	năng	lượng	bao nhiêu?
® Tương đương 8,5 tấn
E = 1 .6, 022.1023.212
235
=	5,4.1023MeV	= 8,64.107J
than hoặc 2 tấn dầu toả
ra khi cháy hết.
- Trong phân hạch 235U
92
kèm	theo	2,5	nơtrôn (trung	bình)	với	năng
- HS ghi nhận về phản ứng dây chuyền.
lượng lớn, đối với 239 Pu
94
kèm theo 3 nơtrôn.
- Các nơtrôn có thể kích
thích các hạt nhân ®
- Sau n lần phân hạch: kn
® kích thích kn phân
phân hạch mới ® tạo
thành	phản	ứng	dây
hạch mới.
chuyền.
- Sau n lần phân hạch
liên tiếp, số nơtrôn giải
phóng là bao nhiêu và
tiếp tục kích thích bao
nhiêu phân hạch mới?
Khi k < 1 ® điều gì sẽ xảy ra?
Khi k = 1® điều gì sẽ xảy ra?
(Ứng dụng trong các nhà máy điện nguyên tử)
Khi k > 1 ® điều gì sẽ xảy ra?
Số phân hạch giảm rất
nhanh.
Số phân hạch không đổi
®	năng	lượng	toả	ra không đổi.
Số phân hạch tăng rất nhanh ® năng lượng toả
ra rất lớn ® không thể
(Xảy	ra	trong	trường
kiểm soát được, có thể
hợp nổ bom)
gây bùng nổ.
- Muốn k ³ 1 cần điều kiện gì?
- Khối lượng của chất
phân hạch phải đủ lớn để
Lưu ý: khối lượng tối thiểu để phản ứng phân hạch tự duy trì: khối
lượng tới hạn. Với 235U
92
vào cỡ 15kg, 239 Pu vào
94
cỡ 5kg.
Làm thế nào để điều khiển được phản ứng phân hạch?
Bo hay cađimi có tác dụng hấp thụ nơtrôn ® dùng làm các thanh điều
khiển trong phản ứng phân hạch có điều khiển.
số nơtrôn bị “bắt” << số nơtrôn được giải phóng.
- Năng lượng toả ra trong phân hạch phải ổn định
® tương ứng với trường hợp k = 1.
cỡ 15kg, 239 Pu vào cỡ 5kg.
94
3. Phản ứng phân hạch có điều khiển
Được thực hiện trong các lò phản ứng hạt nhân, tương ứng trường hợp k = 1.
Năng lượng toả ra không đổi theo thời gian.
HOẠT ĐỘNG 3: Hoạt động luyện tập (10') Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học
Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Câu 1: Năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch chủ yếu ở dạng
A. quang năng	B. năng lượng nghỉ
C. động năng	D. hóa năng
235
Câu 2: Phản ứng phân hạch 92	U không có đặc điểm
số nơtron tạo ra sau phản ứng nhiều hơn nơtron bị hấp thụ
phản ứng tỏa năng lượng
có thể xảy ra theo kiểu phản ứng dây truyền
có 2 đến 3 proton sinh ra sau mỗi phản ứng
Câu 3: Tìm phát biểu sai. Phản ứng phân hạch 92235U có đặc điểm
số nơtron tạo ra sau phản ứng nhiều hơn nơtron bị hấp thụ
phản ứng tỏa năng lượng
xảy ra theo phản ứng dây chuyền nếu có một lượng 92235U đủ lớn
quá trình phân hạch là do proton bắn phá hạt nhân urani
Câu 4: Vật liệu có thể đóng vào trò “chất làm chậm” tốt nhất đối với nơtron là
A. kim loại nặng	B. than chì
C. khí kém	D. bê tông
Câu 5: Khi	238U bị bắn phá bởi các nơtron chậm, nó hấp thụ một hạt nơtron rồi sau đó
92
phát ra hai hạt β-. Kết quả là tạp thành hạt nhân A.	236U	B.	240Pa
92	91
C.	239Pu	D.	239Th 94	90
Câu
1
2
3
4
5
Đáp án
C
D
D
B
C
HOẠT ĐỘNG 4: Hoạt động vận dụng (8’) Mục tiêu: Vận dụng làm bài tập
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Yêu cầu HS thảo luận :
Xét phản ứng phân hạch urani U235 có phương trình:
Tính năng lượng mà một phân hạch tỏa ra.
Cho	biết:	mU =	234,99u; mMo = 94,88u; mLa = 138,87u.
Bỏ qua khối lượng của electron.
GV chia	nhóm yêu cầu hs trả lời thời gian 5 phút:
GV Phân tích nhận xét, đánh giá, kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh.
Thực hiện nhiệm vụ học tập:
- HS sắp xếp theo nhóm, chuẩn bị bảng phụ và tiến hành làm việc theo nhóm dưới sự hướng dẫn của GV
Năng lượng mà một phân hạch tỏa ra: Q = (M0 -
M)c2
với	M0 =	mU +	mn = 234,99 + 1,01 = 236u
M	=	mM0 +	mLa + 2mn = 94,88u +138,87u +
2.1,008665 = 235,77u.
Từ	đó:	Q	=	(236u	- 235,77u).c2 =	0,23u.c2 =
214,245 MeV.
HOẠT ĐỘNG 5: Hoạt động tìm tòi và mở rộng (2’) Mục tiêu: Tìm tòi và mở rộng kiến thức
Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Vẽ sơ đồ tư duy khái quát lại nội dung bài học
Hướng dẫn về nhà
Chuẩn bị bài mới
- Làm tất cả các bài tập trong SGK trang 198 và SBT