(SKKN mới NHẤT) SKKN phương pháp giải bài tập theo chủ đề lượng tử ánh sáng góp phần phát triển năng lực học sinh trong dạy học vật lý

- Chủ đề “Phương pháp giải bài tập theo chủ đề lượng tử ánh sáng góp phần phát triển năng lực học sinh trong dạy học vật lý” là phần tương đối quan trọng của chương trình vật lý 12,việc

Trang 1

A MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

- Qua nhiều năm giảng dạy môn Vật Lý ở lớp12 Ban Cơ bản của trường THPT Dương Háo Học Tôi nhận thấy nội dung mà SGK cơ bản viết quá ngắn gọn,có nhiều kiến thức còn áp đặt học sinh,phần mở rộng kiến thức trong sách đáp ứng yêu cầu thi THPT Quốc gia còn hạn chế Học sinh trường mình học rất yếu,nhất là kĩ năng vận dụng và tính toán, do các em một phần bị hỏng kiến thức ở lớp dưới, chây lười trong học tập, chưa xác định rõ mục đích học tập của mình,củng như định hướng nghề nghiệp tương lai nên kết quả thi không cao

- Đại đa số giáo viên còn tư tưởng dạy bám sát SGK,dạy theo tiết mà PPCT qui định không phát huy được phẩm chất năng lực của người học

- Chủ đề “Phương pháp giải bài tập theo chủ đề lượng tử ánh sáng góp phần phát triển năng lực học sinh trong dạy học vật lý” là phần tương đối quan trọng của chương trình vật lý 12,việc vận dụng các kiến thức đã học để tính toán và vận dụng trong cuộc sống rất có ý nghĩa, tuy nhiên

“Phương pháp giải bài tập theo chủ đề lượng tử ánh sáng góp phần phát triển năng lực học sinh trong dạy học vật lý ” đối với lớp 12 Ban Cơ bản của trường THPT Dương Háo Học là khó,vì khả năng tiếp thu và vận dụng của các em rất yếu

- Việc định hướng cho các em giải bài tập là điều rất cần thiết, giúp các em làm quen với việc giải bài tập, cảm thấy thích thú khi học “Phương pháp giải bài tập theo chủ đề lượng tử ánh sáng góp phần phát triển năng lực học sinh trong dạy học vật lý ”

- Vì thế tôi đã tìm hiểu và đưa ra một số “Phương pháp giải bài tập theo chủ đề lượng tử ánh sáng góp phần phát triển năng lực học sinh trong dạy học vật lý ” chủ đề này học sinh có thể học trong 2 tiết,tùy thuộc vào đối tượng học sinh mà giáo viên có thể áp dụng cho phù hợp

-Là tài liệu trao đổi với đồng nghiệp về thiết kế,xây dựng các chuyên đề học tập góp phần phát triển năng lực học sinh trong giai đoạn đổi mới hiện nay

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:

“Phương pháp giải bài tập theo chủ đề lượng tử ánh sáng góp phần phát triển năng lực học sinh trong dạy học vật lý ” nhằm giúp các em nhớ được các kiến thức, các công thức đã học, rèn luyện cho các em kỹ năng vận dụng kiến thức để giải quyết nhanh các vấn đề có liên quan đến bài toán, từ đó các em có thể làm tốt bài thi trắc nghiệm trong kỳ thi THPT Quốc gia

III GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI :

1/Về nội dung chỉ bao quanh các dạng bài toán “Phương pháp giải bài tập theo chủ đề lượng

tử ánh sáng góp phần phát triển năng lực học sinh trong dạy học vật

lý ”

2/ Về kỹ năng thì rèn luyện cho các em vận dụng công thức, suy luận và khả năng tính toán, giải quyết nhanh các bài toán trắc nghiệm.Khuyến khích học sinh giải các dạng toán mở rộng mà SGK lớp 12 cơ bản còn thiếu,các đề thi CĐ-ĐH các năm trước nhằm đáp ứng yêu cầu đổi mới của

Bộ Giáo Dục hiện nay

3/ Đối tượng: học sinh lớp 12 Trường THPT Dương Háo Học

IV CÁI MỚI CỦA ĐỀ TÀI:

1/ Phân loại được các dạng bài tập từ cơ bản đến nâng cao.Bám sát các đề luyện tập và các đề thi CĐ-ĐH các năm trước

2/ Học sinh nắm được các cách giải cơ bản, để từ đó có thể vận dụng giải những bài tập trắc nghiệm nhanh trong các kì thi THPT Quốc gia

3/Giáo viên tập thói quen soạn dạy học theo chủ đề không phải bó buộc vào thời gian,vào PPCT quy định

Trang 2

B NỘI DUNG :

I)CƠ SỞ LÍ LUẬN:

-Mục tiêu của chương trình Vật lý phổ thông là làm sau khi

tốt nghiệp bậc THPT học sinh tối thiểu phải nắm được các kiến

thức cơ bản theo chuẩn kiến thức kỹ năng mà BGD đã quy định, cần thiết để đi vào các nhành nghề thuộc lĩnh vực KHTN,kỹ thuật và công nghệ.Đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa,hiện đại hóa trong giai đoạn hiện nay

-Vật lý là khoa học thực nghiệm, cách tiếp cận với môn học, đòi hỏi phải

có nhiều tư duy ( bao gồm cả tư duy thực tế lẫn tư duy trừu tượng) Nhìn vào một bài tập vật lí học sinh không biết nên bắt đầu từ đâu,đưa ra phương pháp giải như thế nào để có phương án thích hợp tìm ra kết quả

-Hơn nữa,trong các tài liệu thiết kế giáo án, bài soạn của một tiết bài tập

hầu như không có và không được chú trọng Đa số giáo viên khi đến tiết bài tập,

gọi học sinh lên giải một vài bài tập trong sách giáo khoa, nhận xét sữa chữa,ghi điểm

-Như thế khả năng giải bài tập vật lí của học sinh bị hạn hẹp, việc hình thành phương pháp giải bài tập vật lí với từng loại chủ đề sẽ khó đối với học sinh

-“Phương pháp giải bài tập theo chủ đề lượng tử ánh sáng gĩp phần phát triển năng lực học sinh trong dạy học vật lý ” nhằm giúp học sinh củng cố lý thuyết, khắc sâu kiến thức; qua đó hình thành sự hứng thú học tập,óc sáng tạo của học sinh trong môn vật lý.Đáp ứng được yêu cầu đổi mới của Bộ Giáo Dục & Đào Tạo trong giai đoạn hiện nay

II) CƠ SỞ THỰC TIỄN:

- Trong các kỳ thi, môn Vật lý được tổ chức thi trắc nghiệm nên việc

hình thành phương pháp giải cho từng loại đơn vị kiến thức là rất cần thiết

- Một số ít giáo viên còn xem nhẹ tiết bài tập, chỉ giải vài bài tập ở SGK là xong.Hoặc một số giáo viên giải bài tập quá nhiều không phân dạng được cho học sinh,thì chắc lẻ rằng học sinh sẽ không nhớ lâu và làm bài tốt trong các kì thi tốt

nghiệp,CĐ-ĐH được

- Chính vì vậy, việc đưa ra“Phương pháp giải bài tập theo chủ đề lượng tử ánh sáng gĩp phần phát triển năng lực học sinh trong dạy học vật lý” thể hiện đúng mục tiêu môn học ,sẽ góp phần không nhỏ trong việc nâng cao chất lượng học môn Vật lý

III) THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI :

1/ Dùng cơng thức đã học để giải bài tập phải mất nhiều thời gian vì khả năng học sinh vận dụng yếu, chuyển vế khơng đúng

Trang 3

2/ Học sinh tính tốn và suy luận rất chậm, đổi đơn vị khơng đúng.

3/ Đa số học sinh “sợ” làm bài tập phần lượng tử ánh sáng.Học sinh cho rằng tính tốn nhiều

số mũ,căn bậc hai,phần trăm là rất khĩ

4/Qua nhiều năm giảng dạy khối 12, học sinh sau khi được hướng dẫn giải bài tập theo đề tài này, thì đa số học sinh (khoảng 80%) lớp 12 của trường THPT Dương Háo Học làm tốt phần bài tập dạng này

5/Giáo viên chưa quen soạn chủ đề học tập để phát triển năng lực học sinh.Cịn phụ thuộc nhiều vào SGK,vào tiết PPCT nên chưa phát huy được năng lực học tập của học sinh IV) CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

1) Phương pháp chung để thực hiện giảng dạy một chủ đề bài tập: Có thể tiến hành theo các hoạt động chính sau đây:

Ho

ạ t đ ộ ng 1 : Ôn tập hệ thống kiến thức

- Giáo viên yêu cầu học sinh tóm tắt các vấn đề chính của tiết học hôm đó,lưu cách đổi đơn vị khi tính toán và yêu cầu học sinh nêu lại các dạng bài tập đã trình bày ở các tiết

trước

- Giáo viên giải thích thêm một số vấn đề mà học sinh thắc mắc (nếu cần)

Hoạt động 2: Phân loại các dạng bài tập :

- Giáo viên đưa ra các dạng bài tập phù hợp với từng loại bài học

- Học sinh nhận diện bài tập và dựa vào những điều đã biết để thảo luận,vận dụng

- Các nhóm cử đại diện trình bày

- Cả lớp quan sát,nhận xét

- Giáo viên chỉnh sửa các sai sót , thắc mắc, kết luận lại vấn đề

Hoạt động 3 : Củng cố , đánh giá

- Cho bài tập trắc nghiệm hay phiếu học tập kiểm tra sự tiếp thu của học sinh

- Tuỳ theo nội dung của kiến thức có thể mở rộng thêm cho học sinh khá- giỏi

- Nhận xét tiết học, hướng dẫn soạn bài mới

L

ưu ý : Khi thực hiện cụ thể một tiết giải bài tập ta cĩ thể lịng ghép hoạt động 1,2 lại với nhau,giáo viên yêu cầu học sinh nêu lại các bài tập của ngày học lý thuyết và đưa thêm các dạng bài tập

khác.Mỗi dạng giáo viên yêu cầu học sinh giải từ một đến hai bài tập,bài tập tương tự học sinh về nhà giải

2) Phương pháp cụ thể để thực hiện giảng dạy một chủ đề bài tập: 2.1) Phân loại các dạng bài tập: dạng bài tập từ dễ đên khĩ

2.1.1 Dạng 1 : Tính lượng tử năng lượng, tần số ánh sáng,bước sóng ánh sáng

Trang 4

Với : năng lượng (J)

h = 6,625 (J.s): gọi là hằng số Plăng

c=3 m/s : Vận tốc ánh sáng

Các đơn vị có liên quan: và

Lưu ý : Khi làm bài tập học sinh nên đọc kỷ đề bài,xác định các đại lượng đã cho,nhận dạng bài toán,lưu ý đơn vị đáp án đã cho mà tính toán và áp dụng công thức cho phù hợp

Bài tập 1 Phôtôn có bước sóng trong chân không là 0,5 μm thì sẽ có năng lượng là

Giải

Bài tập 2 Bước sóng của ánh sáng đơn sắc mà một phô tôn có năng lượng 2eV là bao nhiêu?

Giải

*Các bài tập rèn luyên:

Bài tập Năng lượng của phôtôn ứng với ánh sáng có bước sóng 768 nm là

Giải

2,6 eV Chọn D

2.1.2)Dạng 2: Điều kiện để có hiện tượng quang điện.Tính giới hạn quang điện khi biết công thoát A và ngược lại

- Điều kiện để có hiện tượng quang điện:

- Giới hạn quang điện:

- Công thoát của electrion : A=

Lưu ý : Khi làm bài tập học sinh nên đọc kỷ đề bài,xác định các đại lượng đã cho,lưu ý đơn vị đáp

án đã cho mà tính toán và áp dụng công thức cho phù hợp

Trang 5

Bài tập 1 Chiếu một ánh sáng đơn sắc vào mặt một tấm đồng.Hiện tượng quang điện sẽ không xảy

ra đối với ánh sáng có bước sóng?

Giải

Ta có mà 0 đ= Chọn D

Bài tập 2.Công thoát của êlectron ra khỏi natri là 2,5 eV Giới hạn quang điện của natri là:

Giải

Bài tập 3 Kim loại kẻm có giới hạn quang điện là Công thoát của êlectrôn ra khỏi kim loại đó là bao nhiêu eV?

Giải

BT1: (TN-2008): Giới hạn quang điện của đồng (Cu) là λ0 = 0,30 μm Biết hằng số h = 6,625.10-34

J.s và vận tốc truyền ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s Công thoát của êlectrôn khỏi bề mặt của đồng là

A.6,625.10-19 J B 6,265.10-19 J C 8,526.10-19 J D 8,625.10-19 J

BT2: Gới hạn quang điện của Ge là o = 1,88m Tính năng lượng kích họat (năng lượng cần thiết

để giải phóng một êlectron liên kết thành êlectron dẫn) của Ge?

HD giải: Từ công thức:

=1,057.10-19 J = 0,66eV

BT3: Một kim loại có công thoát là 2,5eV Tính giới hạn quang điện của kim loại đó :

A 0,4969 m B 0,649 m C 0,325 m D 0,229 m

HD Giải: Giới hạn quang điện =4,96875.10-7 m = 0,4969m Đáp án A

2.1.3) Dạng 3: Áp dụng hệ thức Anh – xtanh tìm động năng ban đầu cực đại, hay vận tốc ban đầu cực đại của các quang elictron

_ Hệ thức Anh-Xtanh:

_ Động năng ban đầu cực đại: Đơn vị Wđ0max (J)

Lưu ý : Khi làm bài tập học sinh nên đọc kỷ đề bài,xác định các đại lượng đã cho,nhận dạng bài toán,lưu ý đơn vị đáp án đã cho mà tính toán và áp dụng công thức cho phù hợp

Trang 6

Bài tập 1:Catốt của tế bào quang điện làm bằng vônfram, biết công thoát của êlectrôn với vônfram là 7,2.10-19J Chiếu vào catốt ánh sáng có bước sóng Động năng cực đại của êlectrôn khi bức ra khỏi catôt là:

A 10,6.10-19J B 7,2.10-19J C.4,0.10-19J D 3,6.10-19J

Giải

Wđ0 (max)= = 3,6.10-19 J Chọn D

Bài tập 2: Chiếu một chùm sáng đơn sắc có bước song vào bề mặt một kim loaik có giới hạn quang điện là 0,6 Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang êlectrôn khi nó bứt ra khỏi catôt

A 6.105 m/s B 1,84.105 m/s C 2,76.105 m/s D 6.106 m/s

Giải

Wđ0 (max)= =16,56.10-20 J

BT1: Ta chiếu ánh sáng có bước sóng0,42 m vào K của một tbqđ Công thoát của KL làm K là 2eV Để triệt tiêu dòng quang điện thì phải duy trì một hiệu điện thế hãmUAK bằng bao nhiêu?

BT2: Chiếu chùm bức xạ điện từ có tần số f = 5,76.1014 Hz vào một miếng kim loại thì các quang electron có vận tốc ban đầu cực đại là v = 0,4.106 m/s Tính công thoát electron và bước sóng giới hạn quang điện của kim loại đó

HD Giải : A = hf - = 3,088.10-19 J; 0 = = 0,64.10-6 m

2.1.4 Dạng 4: Số êlíctrôn bị bứt ra khỏi ca tốt của tế bào quang điện trong một giây (ne)

(e=qe=1,6.10-19 C,1 … )

Lưu ý : Khi làm bài tập học sinh nên đọc kỷ đề bài,xác định các đại lượng đã cho,nhận dạng bài toán lưu ý đơn vị đáp án đã cho mà tính toán và áp dụng công thức cho phù hợp

Bài tập: Cường độ dòng quang điện bão hòa là 40 Số ê líctron bị bứt ra khỏi ca tốt trong mỗi giây

A 25.1012 êlictrôn B 25.1013 êlictrôn

C 2,5.1012 êlictrôn D 2,5.1013 êlictrôn

Giải

Trang 7

25.1013 êlictrôn Chọn B

BT: Công thoát electron khỏi kim loại natri là 2,48 eV Một tế bào quang điện có catôt làm bằng natri, khi được chiếu sáng bằng chùm bức xạ có  = 0,36 m thì cho một dòng quang điện có cường

độ bảo hòa là 3A Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện và số electron bứt ra khỏi catôt trong 1 giây

HD Giải: Wd0 = - A = 1,55.10-19 J;

v0 = = 0,58.106 m/s; ne = = 1,875.1013

2.1.5Dạng 5: Xác định hiệu điện thế hảm ( ):

Với ( e = 1,6 ; Uh: V )

Bài tập Chiếu chùm sáng sáng đơn sắc có bước sóng 0,3 vào bề mặt của một kim loại có giới hạn quang điện là 0,6 Tính hiệu điện thế hảm cần đặt vào giữa 2 cực của một tế bào quang điện

để dòng quan điện triệt tiêu hoàn toàn

A -6,62 V B -4,50 V C.2,07 V D -2,07 V

Giải

Từ công thức :

Wđ0 (max)=hc =33,125.10-20 J

Uh= V Chọn C

BT1: Chiếu bức xạ có bước sóng  = 0,4 m vào catôt của một tế bào quang điện Biết công thoát electron của kim loại làm catôt là A = 2 eV, điện áp giữa anôt và catôt là UAK = 5 V Tính động năng cực đại của các quang electron khi tới anôt

HD Giải : Wđ0 = - A = 8,17.10-19 J;

Wđmax = Wđ0 + |e|UAK = 16,17.10-19 J = 10,1 eV

BT2: Catot của tế bào quang điện làm bằng đồng, công thoát khỏi đồng là 4,47eV

Cho biết: h = 6,625.10-34 (J.s) ; c = 3.108 (m/s) ; e = 1,6.10-19 (C)

a Tính giới hạn quang điện của đồng

b Chiếu đồng thời 2 bức xạ điện từ có bước sóng λ1 = 0,210 (μm) và λ2 = 0,320 (μm) vào catot của tế bào quang điện trên, phải đặt hiệu thế hãm bằng bao nhiêu để triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện

HD Giải :

b Tính Uh: λ1 < λ0 < λ2 do đó chỉ có λ1 gâyra hiện tượng quang điện

Trang 8

Điều kiện để dòng quang điện triệt tiêu:

2.1.6) Dạng 6 Công suất bức xạ - hiệu suất lượng tử

_ Công suất bức xạ : số hạt phôtôn tới ca tốt trong mỗi giây

_ Hiệu suất lượng tử: me = 9,1 Kg là khối lượng electrion

Bài tập 1: Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng 0,36 vào ca tốt của một tế bào quang điện thì cương độ dòng quang điện bảo hòa là 3 Nếu hiệu suất lượng tử (tỉ số giữa elictron bậc ra từ ca tôt và số pho tôn đập vào ca tốt trong một đơn vị thời gian) là 50 % thì công suất của chùm bức xạ chiếu vào ca tốt là?

A.35,5.10 W B.20,7.10 W C.35,5.10 W D.20,07.10 W

Giải

Chọn D

Bài Tập 2: Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đơn sắc có =0,6m sẽ phát ra bao nhiêu photon trong

3,02 1020 photon

BT1: Nguồn Laser mạnh phát ra những xung bức xạ có năng lượng Bức xạ phát ra có bước sóng Tính số photon trong mỗi bức xạ đó?

HD Giải : Gọi số photon trong mỗi xung là ( là năng lượng của một photon)

BT2: Cho cường độ dòng quang điện bão bào là 0,32mA Tính số e tách ra khỏi Katot của tế bào quang điện trong thời gian 20s biết chỉ 80% số e tách ra về được Anot

HD Giải: H = = 0,8 => n = Hay: Thế số:

BT3: Một tế bào quang điện có catôt làm bằng Asen có công thoát electron bằng 5,15 eV Chiếu chùm sáng đơn sắc có bước sóng 0,20 m vào catôt của tế bào quang điện thì thấy cường độ dòng quang điện bảo hòa là 4,5 A Biết công suất chùm bức xạ là 3 mW Xác định vận tốc cực đại của electron khi nó vừa bị bật ra khỏi catôt và hiệu suất lượng tử

Trang 9

HD Giải Ta cĩ: Wd0 = - A = 1,7.10-19 J; v0 = = 0,6.106 m/s.

ne = = 2,8.1013; n = = 3.1015  H = = 9,3.10-3 = 0,93%

2.1.7)Dạng 7 Vận dụng thuyết lượng tử cho tia X , tính tần số cực đại và

bước sóng cực tiểu :

= , = ( UAK: V ; 1kV=103V) Lưu ý : Khi làm bài tập học sinh nên đọc kỷ đề bài,xác định các đại lượng đã cho,lưu ý đơn vị đáp

án đã cho mà tính tốn và áp dụng cơng thức cho phù hợp

Bài tập Giữa anơt và catơt của một ống phát ra tia X cĩ hiệu điện thế khơng đổi là 25 kV.Bỏ qua động năng của êlíctrơn bứt ra từ catốt.Bước sĩng nhỏ nhất của tia Rơnghen do ống phát ra là

Giải

( CĐ-2011) : Giữa anơt và catơt của một ống phát tia X cĩ hiệu điện thế khơng đổi là 25 kV Bỏ qua động năng của eelectron khi bứt ra từ catơt Bước sĩng ngắn nhất của tia X mà ống cĩ thể phát ra bằng

A 31,57 pm B 39,73 pm C 49,69 pm D 35,15 pm

2.2/ Bài tập luyện tổng hợp cĩ hướng dẫn:

Bài 1: Khi chiếu bức xạ cĩ bước sĩng 0,4 m vào catốt của một tế bào quang điện, muốn triệt tiêu dịng quang điện thì hiệu điện thế giữa A và K bằng -1,25V

a Tìm vận tốc ban đầu cực đại của các e quang điện

b Tìm cơng thốt của các e của kim loại làm catốt đĩ (tính ra eV)

b Cơng thốt:

Bài 2: Cơng thốt của vơnfram là 4,5 eV

a Tính giới hạn quang điện của vơnfram

b Chiếu vào vơnfram bức xạ cĩ bước sĩng  thì động năng ban đầu cực đại của e quang điện là 3,6.10-19J Tính 

c Chiếu vào tấm vơnfram một bức xạ cĩ bước sĩng ’ Muốn triệt tiêu dịng quang điện thì phải cần một hiệu điện thế hãm 1,5V Tính ’?

Trang 10

HD Giải :

Bài 3: Công tối thiểu để bức một êlectron ra khỏi bề mặt một tấm kim loại của một tế bào quang điện là 1,88eV Khi chiếu một bức xạ có bước sóng 0,489 m thì dòng quang điện bão hòa đo được

là 0,26mA

a Tính số êlectron tách ra khỏi catốt trong 1 phút

b Tính hiệu điện thế hãm để triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện

HD Giải :

a Ibh = n = 26.10-5A (n là số êlectron tách ra khỏi catốt trong 1s) n = ;

Số êlectron tách ra khỏi K trong 1 phút: N=60n = 975.1014

= – 0,66V

Bài 4: Catốt của tế bào quang điện làm bằng xêdi (Cs) có giới hạn quang điện 0=0,66m Chiếu vào catốt bức xạ tử ngoại có bước sóng  =0,33 m Hiệu điện thế hãm UAK cần đặt giữa anôt và catôt để triệt tiêu dòng quang điện là bao nhiêu?

HD Giải :

-Để triệt tiêu dòng quang điện, công của lực điện trường phải triệt tiêu được động năng ban đầu cực đại của quang êlectron (không có một êlectron nào có thể đến được anôt)

-Như vậy để triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện thì: UAK  –1,88V

Bài 5: Khi chiếu lần lượt hai bức xạ có bước sóng 0,25 m và 0,3 m vào một tấm kim loại thì vận tốc ban đầu cực đại của các êlectron quang điện lần lượt là 7,31.105 m/s và 4,93.105 m/s

a Tính khối lượng của các êlectron

b Tính giới hạn quang điện của tấm kim loại

HD Giải :

m= 1,3645.10-36.0,667.106= 9,1.10-31 kg

b Giới hạn quang điện:

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	2,23 MB