Lựa chọn và hướng dẫn học sinh lớp 12 THPT, ban KHTN giải hệ thống bài tập chương lượng tử ánh sáng nhằm nâng cao chất lượng dạy học bộ môn vật lý

Mục đích nghiên cứu Trên cơ sở nghiên cứu một số vấn đề lý luận về BTVL xác định mục tiêu dạy học chương VII “Lượng tử ánh sáng” và tìm hiểu thực tế dạy học Bài tập chương mà phân loại

Mở đầu

1 Lý do chọn đề tài

Trong hoàn cảnh đất nước ta còn nghèo nàn, trình độ khoa học kĩ thuật chưa phát triển thì vấn đề đào tạo và phát triển giáo dục ngày càng được quan tâm Nghị quyết trung ương 2 khoá VIII của Đảng cộng Sản Việt Nam đã đưa

ra một số vấn đề cấp bách đối với ngành giáo dục nước ta trong giai đoạn hiện nay là:

“Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục và đào tạo nhằm khắc phục truyền thụ một chiều, rèn luyện về nếp tư duy sáng tạo của người học, từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và các phương tiện hiện đại vào các quá trình dạy học”

Trong thực tiễn dạy học vật lý ở trường phổ thông, việc giải bài tập vật

lý (BTVL) là công việc diễn ra thường xuyên không thể thiếu được Nó tác

động tích cực đến quá trình giáo dục và phát triển của học sinh đồng thời là mặt trung những phương pháp, biện pháp kiểm tra đánh giá thực chất sự nắm vững kiến thức của họ Vì vậy BTVL với tính cách là phương pháp dạy học giữ vai trò đặc biệt quan trọng, việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lý ở trường phổ thông

Hiện nay, nội dung trọng tâm các kì thi bộ môn vật lý tốt nghiệp THPT

và tuyển sinh đại học, cao đẳng chủ yếu nằm trong chương trình lớp 12 Do

đó, việc trang bị cho học sinh hệ thống những kiến thức cơ bản của chương

dẫn và giải một số không nhiều bài tập Do vậy, học sinh sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc nắm kiến thức của chương trong khối lượng có hạn

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi thấy rằng việc nghiên cứu đề

tài “Lựa chọn và hướng dẫn học sinh lớp 12 THPT, Ban KHTN Giải hệ thống

bài tập chương “Lượng tử ánh sáng” nhằm nâng cao chất lượng dạy hoc bộ môn vật lý” là hết sức cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu một số vấn đề lý luận về BTVL xác định mục

tiêu dạy học chương VII “Lượng tử ánh sáng” và tìm hiểu thực tế dạy học Bài

tập chương mà phân loại các bài tập của chương, lựa chọn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập chương này trong dạy học vật lý lớp 12 THPT nhằm nâng cao chất lượng học tập của học sinh

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

3.1 Nghiên cứu một số vấn đề lý luận chung về BTVL

3.2 Xác định mục tiêu dạy học chương VII “Lượng tử ánh sáng” 3.3 Điều tra thực trạng dạy hoc BTVL chương VII “Lượng tử ánh sáng” của giáo viên, học sinh lớp 12THPT

3.4 Phân loại, đề ra phương pháp giải từng loại bài tập chương VII

4 Đối tượng nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy học bài tập chương VII lớp 12 THPT, Ban KHTN của giáo viên và học sinh

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Dạy học hệ thống bài tập chương VII “Lượng tử ánh sáng” lớp 12

THPT, ban KHTN của giáo viên và học sinh THPT Yên Lạc - Vĩnh Phúc

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong luận văn, chúng tôi sử dụng phối hợp các phương pháp chủ yếu

đó là: Nghiên cứu lý luận về BTVL, điều tra cơ bản về dạy hoc hệ thống bài

tập chương VII “Lượng tử ánh sáng” qua dự giờ,trò chuyện của giáo viên và

học sinh

và phương pháp vật lý (X.E Cametxki và V.p.ô.rê khôv) - phương pháp giải bài tập vật lý Tập 2 NXB GD - 1976)

Thông thường trong sách giáo khoa và tài liệu phương pháp giảng dạy

bộ môn, Bài tập vật lý được hiểu là những bài tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lý, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lý của học sinh và rèn luyện kỹ năng vận dụng các biểu thức của học và thực tiễn

Hiểu theo nghĩa rộng thì sự tư duy định hướng tích cực về một vấn đề nào đó luôn luôn là việc giải bài tập về thực chất mỗi một vấn đề mới xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa trong tiết học vật lý chính là một bài tập

đối với học sinh

Trên cơ sở nghiên cứu các định nghĩa về bài tập vật lý, T.S Nguyễn Thế Khôi (Luận án PTS PPGD Vật lý trường ĐHSP Hà Nội, 1995) cho rằng Bài tập vật lý có hai chức nắng chủ yếu là: Tập vận dụng kiến thức cũ và tìm hiểu kiến thức mới

1.2 Tác dụng của bài tập vật lý trong dạy học

BTVL trong dạy các phương pháp dạy học nhằm thực hiện tất cả các nhiệm vụ dạy vật lý ở các trường phổ thông cụ thể là:

- BTVL giúp học sinh hình thành các và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát: BTVL là một những phương tiện rất quý báu để hình thành và rèn luyện

kĩ năng, kỹ năng, kỹ xảo, vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói

quen vận dụng kiến thức khái quát đã thu được để giải quyết những vấn đề thực tiễn có thể

Xây dựng nhiều bài tập có nội dung thực tiễn, trong đó yêu cầu học sinh phải vận dụng kiến thức lý thuyết để giải thích các hiện tượng thực tiễn hoặc

dự đoán các hiện tượng có thể xảy ra trong thực tiễn ở những điều kiện cho trước

- BTVL có thể là điểm khởi đầu để dẫn đến kiến thức mới đảm bảo cho học sinh nắm được kiến thức một các sâu sắc và vững chắc

- BTVL là phương tiện để ôn tập những kiến thức đã học, củng cố kién thức của bài giảng Khi giải bài tập học sinh không chỉ đơn thuần vận dụng các kiến thức của bài học mà phải nhớ lại các kiến thức đã học thuộc nhiều chương, phần của chương trình Khi đó học sinh sẽ nắm được mối liên hệ các kiến thức cơ bản với nhau, nhờ đó ghi nhớ sâu sắc hơn những kiến thức học

- BTVL là một phương tiện để phát triển tư duy vật lý của học sinh có nhiều bài tập vật lý không dừng lại trong phạm vi vận dụng những kiến thức

đã học mà còn giúp bồi dường cho học sinh tư duy sáng tạo Đặc biệt là những bài tập giải thích hiện tượng, bài tập thí nghiệm, bài thập thiết kế dụng cụ rất

có ích bề mặt này

- BTVL là một trong những phương tiện để kiểm tran, đánh giá mức độ nắm vững các kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo và thói quen của học sinh một cách chính xác Khi vận dụng kiến thức để giải bài tập học sinh không những phải hiểu kiến thức có liên quan mà còn phải biết vận dụng sáng tạo và tình huống

cụ thể để tìm ra lời giải Vì vậy sẽ giúp phát hiện được trình độ trí tuệ, làm bộc

lộ những khó khăn chủ yếu, những sai lầm phổ biến của học sinh trong học tập, giúo họ vượt qua khó khăn và khắc phục những sai lầm đó

- BTVL có tác dụng giáo dục tư tưởng đạo đức, kỹ thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho học sinh

1.3.2 Theo phương thức giải, BTVL được chia làm bốn loại:

1.4 Nguyên tắc lựa chọn hệ thống bài tập vật lý cho một đề tài, chương phần của giáo trình vật lý THPT

Việc chọn lọc hệ thống bài tập cho bất cứ đề tài nào dù lớn hay nhỏ, cần phải thoả mãn một số yêu cầu sau:

- Hệ thống bài tập đó phải bao gồm cả bài tập cơ bản và bài tập phức hợp Muốn vậy trước hết phải xác định đầy đủ các loại bài tập cơ bản, số lượng bài tập cơ bản từng loại, tương ứng với mỗi kiến thức, mỗi đề tài và lựa chọn các bài tập phức hợp đa dạng về phương pháp giải, phương thức giải và

về nội dung của nó Đồng thời các bài tập phải sắp xếp từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp về số lượng, nội dung kiến thức cần vận dụng

- Số lượng bài tập trong hệ thống phải phù hợp với thời gian quy định của chương trình học, với thời gian học ở nhà của học sinh

- Hệ thống bài tập phải góp phần khắc phục những khó khăn chủ yếu và những sai lầm phổ biến của học sinh trong học tập Mỗi bài tập giải đóng góp phần nào đó vào việc nắm vững kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kỹ xảo, thói quen vận dụng kiến thức đã chiếm hữu được, phát triển được năng lực của học sinh trong việc giải quyết các vấn đề học tập và thực tiễn mà bài tập, sau phải

đem lại cho học sinh một điều mới lạ nhất và một khăn vừa sức đồng thời việc giải bài tâp trước là cơ sở cho việc giải bài tập sau

1.5 Phương pháp giải bài tập vật lý

Để giải một bài toán vật lý, thông thường ta tiến hành theo các bước như sau:

Bước 1: Tìm hiểu đề tài

- Đọc, ghi, ngắn gọn các dữ liệu xuất phát và phải tìm

- Mô tả lại tình huống được nêu trong đầu bài, vẽ hình minh hoạ (nếu cần)

- Nêu đề tài yêu cầu phải làm thí nghiệm hoặc vẽ đồ thị để thu được dữ liệu

Bước 2: Xác lập mối liên hệ của các dữ liệu xuất phát với các phải tìm

- Đối chiếu với các dữ liệu xuất phát và các phải tìm xem xét bản chất vật lý của tình huống đã cho để nhận ra các định luật, các công thức lý thuyết

Bước 3: Rút ra kết quả cần tìm

Từ các mối liên hệ cơ bản đã xác lập được tiếp tục luận giải, tính toán rút ra kết quả cần tìm

Bước 4: Kiểm tra, xác nhận kết quả

Để có thể xác nhận kết quả vừa tìm được cần kiểm tra lại việc giải và kếy quả theo một hoặc một số cách sau:

- Kiểm tra xem đã thực hiện các yêu cầu của bài toán đặc ra chưa?

- Kiểm tra việc tính toán đã đúng chưa (dấu đại số,kết quả làm tròn )

- Kiểm tra xem thử nguyên có phù hợp không?

- Giải pháp bài tập theo cách khác nhay có cho cùng kết quả không?

1.5 Các kiểu hướng dẫn học sinh lài tập

1.5.1 Hướng dẫn theo mẫu (Algô rit)

- Algôrit là một bản chỉ dẫn bao gồm các thao tác (hoạt động sơ cấp)

được học sinh hiểu một cách đơn giản và nắm vững, được xác định một cách

rõ ràng, chặt chẽ Trong điều kiện đó chỉ rõ cần thực hiện nhiều hành động nào và theo trình tự nào để đi đến kết quả mong muốn

- Kiểu hướng dẫn này thường áp dụng khi cần dạy cho học sinh từng loại bài tập cơ bản và điển hình đồng thời luyện đọc cho học sinh kỹ năng giải bài tập Trên cơ sở đó học sinh nắm được Algôrit cách giải

- Ưu điểm: Kiểu hướng dẫn này giúp học sinh giải bài tập một cách

chắc chắn và rèn luyện kỹ năng giải bài tập có hiệu quả

- Hạn chế: Kiểu hướng dẫn này ít có tác dụng tạo cho học sinh khả

năng tìm tòi sáng tạo, sự phát triển tư duy của học sinh bị hạn chế

1.5.2 Hướng dẫn tìm tòi (hoạt động ơrxtic)

- Hướng dẫn tìm tòi là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tòi cách giải quyết vấn đề, tự xác định các hoạt động cần thực hiện để thu được kết quả

- Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi cần giúp đỡ vượt quá khó khăn

để giải bài tập, đồng thời đảm bảo phát triển tư duy và rèn luyện được cho học sinh kỹ năng học tự lực tìm tòi cách giải quyết vấn đề

- ưu điểm: Tránh tình trạng giáo viên giải thay bài tập cho học sinh

- Hạn chế: Không phải bao giờ cũng đảm bảo cho học sinh giải bài tập

một cách chắc chắn Sự hướng dẫn của giáo viên phải sao cho không đưa học sinh đến chỗ còn việc thừa các hành động theo mãi

1.3.5 Định hướng khái quát chương trình hoá

Đây cũng là kiểu hướng dẫn cho học sinh tìm tòi cách giải quyết những

định hướng hoạt động tư duy của học sinh theo đường lối khách quan của việc giải quyết vấn đề

- Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn toàn bộ

đến tiến trình hoạt động giải bài tập của học sinh, giúp học sinh tực lực giải bài tập đã cho, dạy cho các em cách suy nghĩ trong quá trình giải bài tập và tự rút ra phương pháp giải một loại bài tập nào đó

- ưu điểm: Kiểu hướng dẫn này rèn luyện tư duy cho học sinh trong quá

trình giải bài tập đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đã cho

- Khó khăn: Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi sự hướng dẫn của giáo viên

phải theo sát tiến trình giải bài tập của học sinh là không thể chỉ đưa vào những lời hướng dẫn đã soạn sẵn mà phải kết hợp với trình độ học sinh để

điều chỉnh sự giúp đỡ cho thích hợp

Trong đề tài nghiên cứu, chúng ta chỉ sử dụng hai kiểu hướng dẫn đầu (hướng dẫn Alôgrit và Ơrixtic) trong quá trình trình bày hướng dẫn học sinh giải các bài tập được đề cập

2 Xác định mục tiêu dạy học chương VII “Lượng tử ánh sáng”

Trong quá trình dạy học chương VI “Lượng tử ánh sáng” cần đảm bảo cho học sinh nắm được những kiến thức cơ bản sau:

2.1 Hiện tượng quang điện (hay còn gọi là hiện tượng quang điện ngoài)

Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài, thường gọi tắt là hiện tượng quang điện

2.2 Các định luật quang điện

2.2.1 Định luật quang điện thứ nhất (hay định luật về giới hạn quang

điện)

Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng 0

 ,0được gọi là giới hạn quan điện của kim loại đó: 0

2.2.2 Định luật quang iện thứ hai (hay điện luật về cường độ dòng quan

điện bão hoà)

Đối với mỗi ánh sáng thích hợp có (0) cường độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cường độ của chùm ảnh sáng kích thích

2.2.3 Định luật quang điện(hay định luật về động năng ban đầu của electron quang điện)

Động năng ban đầu cực đại của electron quang điện không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích,mà chỉ phụ thuộc vào bước sáng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại

2.3 Thuyết lượng tử ánh sáng

2.3.1 Giả thuyết lượng tử năng lượg của plăng

Lượng năng lượng mà mỗi lần mộtmột nguyên tử hay phân tử hấp thụ phát xa có giá trị hoàn toàn xác định, gọi là lượng tử năng lượng, kí hiệu bằng chữ , có giá trị:=h.f

với: f: là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát xạ ra

h: là hằng số gọi là hằng số plăng, h6,625.10 34J S

2.3.2 Thuyến lượng tử ánh sáng (thuyết phôtôn)

+ Chùm ánh sáng là một chùm các phôtôn các lượng tử ánh sáng) Mỗi phô tôn có năng lượng xác định  h f (f là tần số của sáng ánh sáng đơn sác tương ứng) Cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1 giây) + Phân tử, nguyên tử electron phát xạ hay hấp thụ ánh sáng cũng có nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn

+ Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s trong chân không

Năng lượng của mỗi phôtôn rất nhỏ Một chùm sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều phôtôn do rất nhiều nguyên tử, phân tử phát ra Vì vậy ta nhìn thất chùm sáng liên tục

Phôtôn chỉ tồn tại ở trạng thái chuyển động Không có phôtôn đứng yên

Chú ý:

* Công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện

Anhxtanh cho rằng, hiện tượng quang điện xảy ra là do electron trong kim loại hấp thụ phôtôn của áng sáng kích thích Phôtôn bị hấp thụ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho electron Năng lượng này dùng để:

+ Cung cấp cho electron đó một công A gọi là công thoát để electron thắng được lực liên kết với mang tính thể và thoát ra khỏi bề mặt kim loại + Truyền cho electron đó một động năng ban đầu

+ Truyền một phần năng lượng cho mạng tinh thể

Nếu electron này nằm ngay tiêu lớp bề mặt kim loại thì nó có thể thoát

ra ngoài ngay mà không mất năng lượng, truyền cho mạng tinh thế Động

năng ban đầy này có giá trị cực đại: 1 02

2mv maxTheo địng luật bảo toàn năng lượng ta có:

2

0 0 max

12

hc



(Công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện)

+ Tính chất hạt thể hiện rõ khi ánh sáng có bước sóng ngắn thì phôtôn ứng với chúng có năng lượng càng lớn: Có khả năng đâm xuyên, tác dụng quang điện, ion hoá, phát quang

+ Tính chất sóng thể hiện rõ khi ánh sáng có bước sóng dài, năng lượng phôtôn nhỏ, dễ quan sát hiện tượng giao thoa, tán sắc ánh sánh nhiễu xạ

2.5 Hiện tượng quang điện

2.5.1 Hiện tượng quang điện

Hiện tượng tạo thành các electron dẫn và lỗ trống trong bán dẫn, do tác dụng của ánh sáng thích hợp, gọi là hiện tượng quan điện trong

2.5.2 Hiện tượng quang dẫn

Hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn khi

có ánh sáng thích hợp chiếu vào gọi là hiện tượng quang dẫn

- Hiện tượng quang dẫn được giải thích dựa trên hiện tượng quang điện trong

- Ias tăng thì  càng nhỏ (hay  càng tăng) và ngược lại

: điện trở suất

: độ dẫn điện

2.5.3 Quang trở là một tấm bán dẫn có điện trở giảm mạnh khi bị ánh

sáng chiếu vào

Hoạt động: Dựa vào hiện tượng quang điện trong

ứng dụng: Đóng mở mạch điều khiển tự động, mạch đóng ngắt tự động thay thế tế bào quang điện trong hiện tượng quang điện ngoài

2.5.4 Pin quang điện: Gồm tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp bán dẫn mỏng loại p, trên cũng có 1 lớp kim loại mỏng có thể cho ánh sáng xuyên qua; dưới cùng là đế kim loại

Pin quang điện là nguồn điện trong đó quang năng biến đổi trực tiếp thành điện năng Suất điện động 0,5V 0,8V

Hoạt động: Dựa trên hiện tượng quang điện trong

ứng dụng: Làm pin mặt trời sử dụng ở các vùng sâu, trên các vệ tinh nhân tạo, con tàu vũ trụ, máy tính bỏ túi

2.6 Mẫu nguyên tử B 0

+ Tiên đề 1: Tiên đề về trạng thái dứng

Nguyên tử chỉ tồn tại trong một trạng thái có khả năng lượng xác định gọi là trạng thái dừng Khi ở trạng thái dừng nguyên tử không bức xạ

+ Tiên đề 2: Tiên đề và sự bức xạ hay hấp thụ năng lượng của nguyên tử

khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng En sang trạng thái dừng có năng lượng em (với En > Em) thì nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu En – Em hf E nE m

Ngược lại khi nguyên tử chuyển động trạng thái dừng có năng lượng thấp Em mà hấp thụ được một phôtôn có năng lượng hf đúng bằng hiệu En -

Em thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng En lớn hơn

* Hệ quả

+ Trong trạng thái dừng của các nguyên tử, electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân theo những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng

+ Đối với nguyên tử Hiđrô, bán kính quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương các số nguyên tử liên tiếp

2.7 Quang phổ nguyên tử hiđro

+ Quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử hiđro sắp xếp thành các dãy khác nhau

- Trong miền tử ngoại có một dãy, gọi là dãy Laiman

- Dãy thức hai, gọi là dãy Banme gồm các vạch nằm trong vùng tử ngoại và 4 vạch nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy là: Vạch đỏ

H   m , vạch lam H 0, 4861m vạch chàm

 0, 434 

H   m , Vạch tím H 0, 4102m

Trong miền hồng ngoại có một dãy gọi là dãy Pasen

+ Mẫu nguyên tử Bo giải thích được cấu trúc quang phổ vạch của hiđro cả về định tính lẫn định lượng

- Dây Laiman được thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ở phía ngoài về quỹ đạo K

- Dãy Banme được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ở phía ngoài về quỹ đạo L

- Dãy Pasen được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ở phía ngoài về quỹ đạo M

I : Cường độ chùmsáng tới môi trường / m

: Hệsố hấp thụ của môi trường Phụ thuộc l ánh sáng

W

Chú ý:

- Nguyên nhân hấp thụ là do sự tương tác giữa ánh sáng với các nguyên

tử cấu tạo nên môi trường

- Cường độ của một chùm sáng bằng quang năng mà chiếu sáng tải qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với tia sáng trong một giây

b Sự phát quang: là hiện tượng một số chất có khả năng hấp thụ ánh sáng kích thích đó có bước sáng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác

- ứng dụng: trong thông tin liên lạc (cáp quang, vô tuyến định vị, điều

khiển tàu vũ trụ ) dùng làm dao mổ trong phẫu thuật dùng trong các đầu đọc

đĩa CD, bút trỏ bảng, trong khoan cắt vật liệu

Quang phổ vạch của nguyên tử hiđro

Huỳnh quang

Lân quang ứng dụng

Quang

điện trở

Pin quang

điện

3 Thực trạng dạy học bài tập vật lý chương VII “Lượng tử ánh sáng” của giáo viên, học sinh lớp 12 THPT, Ban KHTN

Để nắm được thực trạng dạy học bài tập đề tài: “Lượng tử ánh sáng”

của chương VII vật lý 12 THPT, Ban KHTN, chúng tôi đã tiến hành điều tra cơ bản dạy học bài tập đề tài này của giáo viên và học sinh lớp 12 THPT Yên Lạc 1 - Vĩnh Phúc với các biện pháp chủ yếu sau:

- Dự giờ các tiết học luyện tập giải bài tập chương VII vật lý 12 THPT, Ban KHTN

- Trao đổi với giáo viên và học sinh về tình hình dạy học bài tập chương VII vật lý 12 THPT, Ban KHTN như số lượng các bài tập ra, mức độ khó dễ của các bài tập, các dạng bài tập và phương pháp dạy của giáo viên, nghiên cứu các bài kiểm tra 15 phút, một tiết về mức độ khó dễ của bài, kết quả của học sinh để xác định mức độ nắm vững kiến thức của học sinh

Quá trình điều tra dẫn chúng tôi đến một số nhận xét sau:

3.1 Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập và hệ thống bài tập của giáo viên:

- Thường áp đặt lối suy nghĩa của mình cho học sinh: Chữa các bài tập

đã cho học sinh mà chưa quan tâm đúng mức đến việc hướng dẫn học sinh giải bài tập đó

- Thường chỉ cho học sinh giải bài tập ở sách giáo khoa và sách bài tập Chưa lựa chọn các bài tập một cách hệ thống

- Chưa phân tích phương pháp giải từng loại bài tập cho học sinh biết

- Chưa quan tâm đúng mức đến sự thay đổi cách hướng dẫn học sinh giải bài tập để phù hợp với từng loại đối tượng học sinh

- Không lôi cuốn được tất cả học sinh trong lớp tham gia giải bài tập

- Đa số học sinh quen với cách học tập đọc chép nên trong các giờ bài tập chỉ chép các bài chữa của giáo viên hoặc bài giải của bạn được chỉ định

lên bảng Vì vậy không ít học sinh không giải được bài tập tương tự với bài giải trên lớp

- Một số học sinh lười làm bài tập về nhà

- Một số khó khăn chủ yếu của học sinh

+ Lúng túng khi xác định dấu của U e h,

+ Chưa hiểu rõ bản chất của hiện tượng quang điện

+ Kỹ năng tính toán còn yếu như giải ước các giá trị vô tỉ, tính gần

đúng, làm trái các kết quả

4 Phân loại bài tập và phương trình giải từng loại bài tập chương VII

“lượng tử ánh sang”

Căn cứu vào một số vấn đề lý luận về bài tập vậy lý, mục tiêu dạy học

chương VII “Lượng tử ánh sáng” và thực tế dạy học bài tập chương này ở

trường THPT; chúng tôi chia bài tập ra làm 6 loại bài tập sau và đề ra phương pháp giải hay những lưu ý khi giải từng loại bài tập trong khi bài tập chương này:

4.1 Phân loại bài tập:

Loại 1: Xác định điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện

Loại 2: Xác định các đại lượng đặc trưng cho hiệu tượng quang điện Loại 3: Khảo sát chuyển động của electrron quang điện trong điện, từ

trường đều

Loại 4: Xác định các hằng số vật lý dựa vào hiện tượng quang điện Loại 5: Xác định bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen, số electron đập

vào đối catot trong một đơn vị thời gian, động năng cực đại của một electron

đập vào đối catot

Loại 6: Xác định bước sóng (hoặc tần số) của các vạch (các bức xạ)

Mức năng lượng cuả electron trong nguyên tử hiđrô, bán kính quỹ đạo dừng của nguyên tử hiđrô dựa vào mẫu nguyên tử Bo và quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô

4.2 Phương pháp giải từng loại bài tập

4.2.1 Loại 1: Xác định điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện

Đây là loại bài tập tương đối đơn giản, để giải được loại bài tập này ta cần chú ý:

1 áp dụng công thức giới hạn quang điện

0

hc A

Có thể giải loại bài tập này theo các bước sau:

Bước 1: Phân tích hiện tượng vật lý xảy ra từng bài

Bước 2: Xác định các dữ liệu đã cho, đổi các đơn vị của các đại lượng cho trong bài về đơn vị SI (nếu cần)

2 0

12



+ Công suất của nguồn sáng:

Để giải bài tập vật lý loại này có thể tiến hành theo các bước sau:

Bước 1: Phân tích hiện tượng vật lý xảy ra trong bài

Bước 2: áp dụng công thức chuyển động của electron trong:

+ Trong điện trường đều E

Trọng lực không đáng kể nên lực tác dụng lên electron quang điện là lực điện trường

F  e E

+ Trong từ trường đều B

Trọng lực không đáng kể nên lực tác dụng lên electron quang điện là lực lorenx

m v R

e B

(v là vận tốc ban đầu của electron quang điện khi bay vào từ trường) 0

Bước 3: Kết hợp với công thức của định luật II niutơn, mối quan hệ giữa lực và gia tốc hướng tâm, phương trình chuyển động của một chất điểm (electron quang điện) trên các trục toạ độ, cụ thể:

+ Xác định bán kính quỹ đạo của electron trong từ trường đều:

+ Dựa vào lực Lorenxơ: F eV B .sin ( là góc hợp bởi giữa v

4.2.4 Loại 4: Xác định các hừng số vật lý dựa vào hiện tượng quang

điện

Để giải bài tập loại này cần lưu ý:

+ Công thức của lượng tử ánh sáng:

hc hf

4.2.5 Loại 5: Xác định bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen số electron

đập vào đối catot trong một đơn vị thời gian động năng cực đại của một electron đập vào đối catot

Để giải bài tập loại này cần lưu ý:

+ Cơ chế tạo ra dòng electron

Trong ống Rơnghen vẫn có sẵn một số ion dương, các ion này được tăng tốc trên một điện trường mạnh giữa anot và catot chúng chuyển động mạnh về catot khi tới catot chúng có một động năng rất lớn khi va chạm vào catot chúng làm bật ra từ catot các electron

- Xét trường hợp lý tưởng, không có sự biến thiên nhiệt độ do đó toàn

bộ động năng của điện tử biến thành năng lượng tia Rơnghen lúc này ống Rơnghen phát ra tia Rơnghen có bước sóng ngắn nhất

+ Theo định lý biến thiên động năng

+ f max là tần số lớn nhất của tia Rơnghen mà ống có thể phát ra

+ min là bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnughen mà ống có thể phát ra

:Năng lượng của tia Rơ ghen

Q : Nhiệt lượng làm nóng đối âm với

m : Là khối lượng của đối âm cực

C : Là nhiệt dung riê ng của chất làm đối âm cực

- Cường độ dòng điện trong ống Rơnghen

N

t

Với N : Là số electron đập vào đối âm cực trong thời gian

4.2.6 Loại 6: Xác định bước sóng (hoặc tần số) của các vạch các bức xạ trong quang phổ nguyên tử hiđro, mức năng lực của electron trong nguyên

tử hiđro, bán kính quỹ đạo dừng của nguyên tử hiđro dựa vào mẫu nguyên tử

Bo quang phổ vạch của nguyên tử hiđro

Để giải bài tập loại này ta cần lưu ý:

+ Công thức theo mẫu nguyên tử Bo

+ Năng lượng của electron trong

Em

n

Rh E

Bán kính r0 4r0 9r0 16r0 25r0 36r0 Với r00,5.1010m là bán kính Bo

- Cần chú ý đến đơn vị đo các đại lượng (E do bằng Jun, f do bằng hec ,đo bằng mét)

5 Hệ thống bài tập chương VII “Lượng tử ánh sáng”

Bài 1: Khi chiếu vào một tấm kim loại một chùm sáng đơn sắc có bước sóng 0, 2 m , động năng cực đại của các electron bắn ra là 8.1019J Hỏi khi chiếu vào tấm kim loại đó lần lượt hai chùm sáng đơn sắc có bước sáng

1 1, 40 m

   và 21,0 m thì có xảy ra hiện tượng quang điện không?

Bài 2: Khi chiếu bức xạ có tần số f 2,538.10 Hz lên một kim loại dùng làm catot của một tế bào quang điện thì các electron bắn ra đều bị giữ lại bởi điện thế hoàn Uh8V Nếu chiếu đồng thời lên kim loại trên các bức xạ

1 Công thoát của kim loại dùng làm catot

2 Tính động năng cực đại và vận tốc cực đại của electron quang điện

khi biết ra khỏi cactot biết ánh sáng chiếu vào có bước sóng là 0,5 m

Bài 4: Một ngọn đèn phát ánh sáng đơn sắc có 0,6 m Sẽ phát ra bao nhiêu phôtôn trong 10 giây nếu P đều là 10W

Bài 5: Cho cường độ dòng quang điện bão hoà là 0,32mA Tính số

electron tách ra khỏi catot của tế bào quang điện trong thời gian 20 giây Biết chỉ có 20 số electron tách ra về được anot

Bài 6: Khi chiếu một bức xạ điện tử có bước sóng 0,5 m vào bề mặt

của tế bào quang điện tạo ra dòng quang điện bão hòa là 0,32 A

Công suất bức xạ đập vào catot là P5W Tính hiệu suất lượng tử H của tế bào quang điện

Bài 7: Ta chiếu ánh sáng có bước sáng 0, 42 m vào catot của một tế bào quang điện, công thoát của kim loại làm catot là 2eV Để triệt tiêu dòng

quang điện thì phải dùng một hiệu điện thế hãm U bằng bao nhiêu? h

Bài 8: Một quả cầu bằng đồng (Cu) cô lập về điện được chiếu bởi một bức xạ điện từ có 0,14 m Cho giới hạn quang điện của Cu là

0 0,3 m

   Tính điện thế cực đại của quả cầu

Bài 9: Chiếu một chùm ánh sáng có bước sóng 0, 489 m là một tấm kim loại Kali dùng làm catot của một tế bào quang điện Biết công thoát electron của Kali là 2,15eV

a Tính giới hạn quang điện

b Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron bắn ra từ catot

a Để có hiệu điện thế hàm Uh với giá trị U giảm đi h 1 v So với   U h

thì phải dùng bức xạ có bước sóng ' bằng bao nhiêu?

b Cho giới hạn quang điện của catot là 0 0,66 m và đặt giữa anot

và catot hiệu điện thế dương U AK 1,5V Tính động năng cực đại của quang electron khi đập vào anot nếu dùng bức xạ có 0,33 m Cho hằng số plăng

là h6,625.1034J s , vận tốc ánh sáng trong chân không c3108m s/ , điện tích của electron e1,61019C

Bài 12: Người ta chiếu một chùm bức xạ có tần số f 1,5.1015Hz vào catot của một tế bào quang điện có công thoát A4eV

a Tìm vận tốc ban đầu cực đại của quang electron

b Cho biết hiệu suất lượng tử của tế bào quang điện là 10% (100

phôtôn của bức xạ đập vào catot làm bật ra electron ra khỏi catot), Số electron bật ra khỏi catot trong một giây là n 9.1015 hãy tính công suất bức xạ P

được dùng Cho hằng số plăng h6,625.1034J s khối lyượng của electron

31

9,1.10

m  kg, 1eV 1,6.1019J

Bài 13: Một đèn phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng  0, 4.10 m

được dùng để chiếu vào catot của một tế bào quang điện công thoát đối với kim loại dùng làm catot là A2, 26eV

1 Tính bước sóng giới hạn của kim loại làm catot

2 Tính vận tốc cực đại của các electron bị bật ra khỏi catot

3 Bề mặt của catot nhận được một công suất chiếu sáng P3mW Cường độ dòng điện bão hoà của tế bào quang điện I 6, 44.106A

Tính số phôtôn N mà catot nhận được và số electron n bị bật ra khỏi catot trong mỗi giây

a Tìm giới hạn quang điện đối với catot đó

b Tìm vận tốc cực đại của electron khỏi catat

Muốn tăng vận tốc cực đại này thì phải làm thế nào?(tăng cường độ công suất của chùm sáng màu vàng hay thay bằng ánh sáng màu khác)

c Tìm hiệu điện thế hãm phải đặt vào giữa anôt và catot để làm triệt tiêu dòng quang điện

d Tìm số phôtôn đập vào bề mặt catot trong một phút

e Tìm cường độ dòng quang điện bão hoà, biết hiệu suất lượng tử 90%

a Xác định vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện

b Tính giới hạn quang điện của kim loại làm catot

Bài 16: Chiếu một bức xạ điện tử vào catot của một tế bào quang điện

có giới hạn quang điện 0 0,5 m ta thu được electron quang điện bắn sau

có vận tốc cực đại v0 Khi hướng electron quang điện vào một từ trường đều có cảm ứng từ B 2.105T Thì có chuyển động theo một đường đinh ốc có bán kính R 1m và bước ốc a5cm

a Tính v0 cuả electron quang điện trên

b Tính bước song  của bức xạ chiếu tới

Bài 17: Chiếu lên bề mặt kim loại làm bằng catot của một tế bào quang

điện có công thoát A2,1eV một ánh sáng đơn sắc 0, 485 m thì thấy có hiện tượng quang điện

a Xác định vận tốc ban đầu cực đại các electron bắn ra khỏi catot

b Người ta tách một chùm tia hẹp các electron có vận tốc ban đầu cực

đại hướng vào một từ trường đều có cường độ điện trường E

Tìm độ lớn của cường độ điện trường E để electron vẫn chuyển động thẳng không thay đổi hướng ban đầu của mình

b Chiếu bức xạ có bước sóng  vào tấm kim loại trên được cô lập về

điện thì điện thế cực đại đạt được là 3,0V Tình 

Câu 20: Catot của một tế bào quang điện có giới hạn quang điện có giới

1 Lần lượt chiếu vào catot các bức xạ điện tử có bước sóng 10, 4 m

và 2 0,8 m thì vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện bắn ra lần lượt là v v với 1, 2 v1 v2

Tính 0

2 Chiếu vào catot của tế bào quang điện đó một bức xạ điện từ có bước sóng 1 m với công suất

a Hỏi UAK phải thoả mãn điều kiện gì để dòng quang điện bằng không?

b Tính cường độ dòng quang điện bão hoà, biết hiệu suất lượng tử là

0, 03 %

c Nếu tách từ chùm electron bắn ra, lấy một electron và cho nó chuyển

động vào trong một điện trường đều song song với các đường sức thì quỹ đạo chuyển động cuả electron thay đổi thế nào? Giải thích cho

a Tìm số electron đập vào đối catot trong một phút

b Tìm động năng cực đại của một electron đập vào đối catot Coi như

động năng ban đầu đều bằng 0

c Tìm bước sáng nhỏ nhất của tia Rơnghen phát ra

d Coi rằng chỉ có 1%, số electron đập vào mặt catot là tạo ra tia Rơnghen Hỏi sau một phút hoạt động của ống Rơnghen nhiệt độ của đối catot tăng thêm bao nhiêu? Biết đối catot có khối luợng m100g và nhiệt dung riêng của chất làm đối catot bằng c 120 /J kg K

Bài 22: Một ống Rơnghen hoạt động với hiêu điện thế U 2,5kV

a Tính bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen phát ra và vận tốc của electron tới đập vào catot

b Cường độ dòng điện qua ống là 0, 01A Tính số electron đập vào

catot mỗi giây và nhiệt lượng cung cấp cho đơn âm cực mỗi phút, giả sử toàn

bộ năng lượng của electron dùng để đốt nóng đối âm cực

c Người ta làm nguội đối âm cực bằng một dòng nước lạnh mà nhiệt độ lúc ra khỏi ống lớn hơn nhiệt độ lúc vào là 40 C 0

Tính khối lượng nước chảy qua đối catot mỗi phút, cho biết nhiệt dung riêng của nước là C 4186 /J kg K

d Để tăng “độ cứng của tia Rơnghen, tức là để giảm bước sóng của nó, người ta cho hiêu điện thế giữa hai cực tăng thêm   500V V Tính bước sóng ngắn nhất của tia Rơnghen phát ra khi đó

Bài 23: Biết bước sóng ứng với hai vạch đầu tiên trong dãy Laiman của quang phổ nguyên tử hiđro là

lượng của trạng thái kích thích thứ hai là 15eV

a Hãy tìm bước sóng của vạch H trong quang phổ nhìn thấy của nguyên tử hiđrô

b Tìm năng lượng của trạng thái cơ bản và của trạng thái kích thích thứ nhất (theo đơn vị eV)

Bài 24: Bước sóng ứng với bốn vạch trong dây Banme của quang phổ hiđrô là