Giáo án Vật lý 12 nâng cao - Bài 52: Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử, độ hụt khối - Trường THPT Lê Hồng Phong

TrườngTHPT Lê Hồng Phong
 Tổ: Vật lý
Bài 52: CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ. ĐỘ HỤT KHỐI
I. MỤC TIÊU: 
1. Kiến thức:
- Nêu được cấu tạo của hạt nhân, biết kí hiệu hạt nhân và đơn vị khối lượng nguyên tử.
- Nêu được lực hạt nhân là gì và các đặc điểm của lực hạt nhân.
- Nêu được độ hụt khối của hạt nhân là gì và viết được công thức tính độ hụt khối.
- Nêu được năng lượng liên kết hạt nhân là gì và viết được công thức tính năng lượng liên kết.
2. Kĩ năng:
- Viết được cấu tạo hạt nhân.
- Vận dụng được biểu thức tính năng lượng liên kết hạt nhân.
II. CHUẨN BỊ:
1. Giáo viên:
- Vẽ trên giấy khổ lớn mô hình các nguyên tử:
+ Ba đồng vị của hiđrô: , và 
+ Heli 
2. Học sinh:
- Ôn lại kiến thức về hoá học:
+ Cấu tạo nguyên tử
+ Cấu tạo hạt nhân
+ Bảng tuần hoàn các nguyên tố
III. NỘI DUNG GHI BẢNG:
1. Cấu tạo hạt nhân. Nuclôn
a. Cấu tạo hạt nhân
- Hạt nhân được cấu tạo từ những hạt rất nhỏ gọi là nuclôn
- Có hai nuclôn:
* Prôtôn (kh: p)
+ Khối lượng: mp = 1,67262.10-27kg
+ Điện tích: mang một điện tích nguyên tố dương +e
* Nơtron (kh: n)
+ Khối lượng: mn = 1,67493.10-27kg
+ Không mang điện tích
- Số prôtôn trong hạt nhân bằng số thứ tự Z của nguyên tử trong bảng hệ thống tuần hoàn:
+ Z gọi là nguyên tử số (điện tích hạt nhân)
+ Tổng số các nuclôn trong hạt nhân gọi là số khối (kh: A)
+ Số nơtron (kh: N): N = A – Z
b. Kí hiệu hạt nhân
	, hoặc 
* Ví dụ:
- Kí hiệu của hạt nhân heli: , hoặc 
- Kí hiệu của hạt nhân urani: , hoặc 
c. Kích thước của hạt nhân
- Hạt nhân có kích thước rất nhỏ, nếu xem hạt nhân là hình cầu thì đường kính của nó vào khoảng 10-14m đến 10-15m
- Công thức gần đúng xác định bán kính: 
2. Đồng vị
* Định nghĩa: SGK
* Ví dụ: 
- Hiđrô có 3 đồng vị: hiđrô thường , hiđrô nặng (hay đơteri) (hay ), hiđrô siêu nặng (hay triti) (hay ).
- Cácbon có 4 đồng vị với số nơtron từ 5 đến 8.
* Các đồng vị được chia làm hai loại: đồng vị bền và đồng vị phóng xạ (không bên)
3. Đơn vị khối lượng nguyên tử
a. Đơn vị khối lượng nguyên tử
- Đơn vị khối lượng nguyên tử (kh: u), có trị số bằng 1/12 khối lượng đồng vị cácbon 
	1u 1,66055.10-27kg
b. Hệ thức Anh-xtanh:	E = mc2
	1u = 931,5MeV/c2
4. Năng lượng liên kết
a. Lực hạt nhân
- Lực hạt nhân: lực tương tác giữa các nuclôn
- Đặc điểm:
+ Lực hút
+ Chỉ xẩy ra khi khoảng cách giữa hai nuclôn nhỏ hơn hoặc bằng kích thước của hạt nhân
+ Có cường độ rất lớn ( còn gọi là lực tương tác mạnh)
b. Độ hụt khối. Năng lượng liên kết
* Độ hụt khối:
- m là khối lượng của hạt nhân
- Zmp + (A – Z)mn là tổng khối lượng của prôtôn và nơtron
* Năng lượng liên kết: 
- Năng lượng liên kết các nuclôn trong hạt nhân gọi ngắn gọn là năng lượng liên kết hạt nhân.
* Năng lượng liên kết riêng là năng lượng tính cho một nuclôn, nó đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân và được xác định: 
- Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.
IV. Phương pháp dạy – học:
* Hoạt động 1: Ôn lại một số kiến thức đã học ở hoá học và nắm vững cấu tạo hạt nhân nguyên tử và đồng vị.
Hoạt động của GV và Hs
Nội dung
* Y/c Hs thảo luận theo nhóm về các kiến thức đã học ở môn hoá học lớp 10: cấu tạo nguyên tử, cấu tạo hạt nhân, điện tích và số khối của hạt nhân
+ Các nhóm trả lời:
- Hạt nhân được cấu tạo từ các nuclôn: prôtôn (kh:p), khối lượng mp = 1,67262.10-27kg, mang một điện tích nguyên tố dương +e và nơtron (kh: n),khối lượng mn = 1,67493.10-27kg, không mang điện tích.
- Điện tích hạt nhân Z (nguyên tử số) chính là số thứ tự Z của nguyên tử trong bảng hệ thống tuần hoàn và đây chính là số prôtôn trong hạt nhân.
- Tổng số các nuclôn trong hạt nhân gọi là số khối A
- Số nơtron trong hạt nhân N: N = A – Z
* Hạt nhân được kí hiệu như thế nào?
* Ví dụ:
- Hạt nhân heli:
- Hạt nhân urani:
* Y/c Hs thảo luận theo nhóm về khái niệm động vị đã học ở hoá học
+ Các nhóm trả lời:
- Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số prôtôn Z (có cùng vị trí trong bảng tuần hoàn), nhưng có số nơtron khác nhau.
* Ví dụ:
- Hiđrô có ba đồng vị, cácbon có 5 đồng vị
* Có những loại đồng vị nào?
- Hạt nhân được cấu tạo từ các nuclôn: prôtôn (kh:p), khối lượng mp = 1,67262.10-27kg, mang một điện tích nguyên tố dương +e và nơtron (kh: n),khối lượng mn = 1,67493.10-27kg, không mang điện tích.
- Số prôtôn Z (nguyên tử số)
- Số nơtron N
- Số khối A = Z + N
- Hạt nhân được kí hiệu: , hoặc 
 , hoặc 
 , hoặc 
* Định nghĩa đồng vị: SGK
, và; , , và 
- Có hai loại đồng vị: bền và phóng xạ (không bền)
* Hoạt động 2: Tìm hiểu đơn vị khối lượng nguyên tử.
Hoạt động của GV và Hs
Nội dung
* Y/c Hs thảo luận theo nhóm về đơn vị cácbon đã học trong hoá học.
+ Các nhóm trả lời:
* Vậy 1u bằng bao nhiêu kg?
+ 1u = 
* Hệ thức Anh-xtanh được viết như thế nào?
 E = mc2
- Trong vật lí hạt nhân người ta thường dùng đơn vị eV hoặc MeV. Vậy đơn vị khối lượng nguyên tử ngoài u ra thì còn dùng đơn vị nào nữa?
+ , 
- Đơn vị khối lượng nguyên tử là u, bằng 1/12 khối lượng của đồng vị cácbon 
1u 
1u = 931,5MeV/c2
1MeV/c2 = 1,78.10-30kg
* Hoạt động 3: Tìm hiểu về lực hạt nhân, độ hụt khối và năng lượng liên kết.
Hoạt động của GV và Hs
Nội dung
* Y/c các nhóm đọc SGK về phần lực hạt nhân.
+ Các nhóm trả lời:
* Lực hạt nhân là gì?
- là lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân và là lực hút.
* Lực hạt nhân chỉ xẩy ra khi nào?
- chỉ xẩy ra khi khoảng cách giữa hai nuclôn nhỏ hơn hoặc bằng kích thước của hạt nhân.
* Giả sử có một hạt nhân 
- Hạt nhân này có khối lượng m
- Tổng khối lượng của prôtôn và nơtron: Zmp + Nmm hay Zmp = (A – Z)mn 
- Khối lượng m bao giờ cũng nhỏ hơn một lượng so với tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân đó. được gọi là độ hụt khối của hạt nhân.
* Vậy độ hụt khối được xác định như thế nào?
* Theo thuyết tương đối thì:
- hệ các nuclôn ban đầu có năng lượng được xác định như thế nào?
- hạt nhân được tạo thành có năng lượng được xác định như thế nào?
 E = mc2 < Eo 
* Theo đlbtnl thì như thế nào?
+ Phải có một lượng năng lượng được tảo ra và được xác đinh:
- vậy muốn tách hạt nhân có khối lượng m thành các nuclôn thì cũng tốn một năng lượng cũng là để thắng lực hạt nhân. Do đó được gọi là năng lượng liên kết hạt nhân.
- Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân và là lực hút.
- Lực hạt nhân chỉ xẩy ra khi khoảng cách giữa hai nuclôn nhỏ hơn hoặc bằng kích thước của hạt nhân.
* Lưu ý: Lực hạt nhân là loại lực mạnh nhất trong các loại lực mạnh nhất.
- Độ hụt khối : 
- Năng lượng liên kết hạt nhân:
- Năng lượng liên kết tính cho một nuclôn gọi là năng lượng liên kết riêng, nó được xác định 
- Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.
* Hoạt động 4: Củng cố. 
Câu 1: Phát biểu nào sau đây đúng: Hạt nhân được cấu tạo gồm:
A. Z nơtron và A prôtôn	B. Z prôtôn và Anơ tron
C. Z prôtôn và (A – Z) nơtron	D. Z nơtron và (A + Z) prroton
Câu 2: Chọn câu đúng: Kí hiệu của nguyên tử mà hạt nhân của nó chứa 8p và 9n là:
A. 	B. 	C. 	D. 
Câu 3: Phát biểu nào sau đây là đúng: Đồng vị là các nguyên tử mà hạt nhân của chúng có:
A. Số khối A bằng nhau	B. Số prôtôn bằng nhau
C. Số nơtron bằng nhau	D. Có khối lượng bằng nhau
Câu 4: Chọn câu đúng: Lực hạt nhân là:
A. Lực tĩnh điện	B. Lực liên kết giữa các prôtôn
C. Lực liên kết giữa các nơtron	D. Lực liên kết giữa các nuclôn
* Hoạt động 5: Dặn dò
- Hs về nhà trả lời và làm tất cả các bài tập trong SGK.
- Hs ôn lại kiến thức về lực Lo-ren-xơ và lực điện trường đã học ở VL11
- Hs đọc trước bài 35.