Qua thực tế dạy học ở trường THPT phổ thông cho thấy việc giải BTTNVL bằng phương pháp xây dựng “Hằng số mới” chương “Lượng tử ánh sáng ” lớp 12 THPT đã có tác dụng tích cực, thu hút [r]
Trang 1HƯỚNG DẪN HỌC SINH MỘT SỐ THỦ THUẬT GIẢI NHANH BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬT LÍ CHƯƠNG “LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG”
[VẬT LÍ 12]
HOÀNG HỮU TÙNG
ThS Hoàng Hữu Tùng
GV Trường THPT Cẩm Xuyên - Hà Tĩnh
Cơ sở lí luận
- Dựa vào các định luật quang điện
- Dựa vào các hằng số đã biết
34
e=1,6 10 −19 Cm=9,1 10 −31 kgc=3 108m/sﾧ; ﾧ; ﾧ; ﾧ
19
1 eV 1,6.10 ( ) J
- Dựa vào các đơn vị quen thuộc dạng bài tập trong các đề thi
- Dùng phương pháp toán học để xây dựng hằng số mới
- Dùng các phép biến đổi tương tự và hoán vị chúng
Giải quyết vấn đề
Xây dựng “Hằng số mới” dựa vào các hằng số đã biết, từ đó xây dựng một số thủ thuật (hệ quả) giải nhanh bài tập trắc nghiệm
λ0( μmm ) A1 Tìm giới hạn quang điện ﾧﾧ khi biết công thoát ﾧ
A( J )λ0( μmm ) a Trường hợp 1: Giả thiết bài toán cho công thoát ﾧﾧ Tìm giới hạn quang điện
ﾧﾧ
0
( )
hc
m
ﾧ
m
+ Các đáp án thường cho đơn vị là ﾧ
Trang 2
0 m
0 m+ Đổi đơn vị ﾧ sang ﾧ
0
( m)
ﾧ
αĐặt ﾧ là hằng số (Hằng số thứ nhất)
(I)
Hệ quả 1
19
7,1.10
Ví dụ 1: Công thoát êlectron của Vônfram là ﾧ Giới hạn quang điện của Vônfram có giá trị là:
Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 1
λ0=α
A=
1 , 9875 10 −19
7,1 10−19 =0 , 280( μmm) ﾧ Đáp án D
A eV λ0( μmm )b Trường hợp 2: Giả thiết bài toán cho công thoát ﾧ Tìm giới hạn quang điện
ﾧﾧ
A eV A J + Đổi đơn vị công thoát ﾧ sang ﾧ
+ Từ hệ hệ quả 1ta có:
19
ﾧ 1,9875.1019
ﾧ
λ0=α
A ( μmm )
Trang 3Đặt ﾧ là hằng số (Hằng số thứ hai)
(II)
Hệ quả 2
α βChú ý: Mối liên hệ giữa ﾧ và ﾧ
2, 4843
A eV Ví dụ 2: Công thoát của Natri là ﾧ Giới hạn quang điện của Natri có giá trị là
Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 2
λ0=β
A=
1 ,242
2 , 4843 ≈ 0,5 (μmm) ﾧ Đáp án A
Aλ0( μmm )2 Tìm công thoát ﾧ khi biết giới hạn quang điện ﾧﾧ
Hoán vị giả thiết và kết luận của bài tập ta có các hệ quả sau:
λ0( μmm ) A( J )a Trường hợp 1: Giả thiết bài toán cho giới hạn quang điện ﾧﾧ Tìm công thoát
ﾧﾧ
Từ hệ quả 1 ta có:
Hệ quả 3
λ0=0 , 66 μmmVí dụ 3: Giới hạn quang điện của Xêdi là ﾧ Công thoát của Xêdi dùng làm catôt là
30 , 114 10 −19 J3 , 0114 10 − 19 J3 , 0114 10 − 20 J 301 ,14 10 − 19 JA.ﾧ B.ﾧ C.ﾧ D.ﾧ
ﾧ 1, 242
ﾧ
β= α
1,6 10− 19=
α e
λ0( J )
Trang 4Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 3
19
19 0
1,9875 10
3,0114.10 ( ) 0,66
ﾧ Đáp án B
A eV λ0( μmm )b Trường hợp 2: Giả thiết bài toán cho giới hạn quang điện ﾧﾧ Tìm công thoát ﾧ
Áp dụng hệ quả 2 ta có
Hệ quả 4
λ0=0 , 30 μmmVí dụ 4: Giới hạn quang điện của một kim loại là ﾧ Công thoát của kim loại dùng làm catôt có giá trị là
Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 4
0
1, 242
4,14 0,3
ﾧ Đáp án C
λ( μmm)ε3 Tìm bước sóng ánh sáng kích thích ﾧﾧ khi biết lượng tử năng lượng lượng ﾧ.
Sử dụng các hệ quả trên và các phép toán tương tự
m
ε( J )a Trường hợp 1: Giả thiết bài toán cho lượng tử năng lượng ﾧﾧ Tìm bước sóng ánh sáng đơn sắc khi chiếu vào Catốt ﾧ
Hệ quả 5
ε=3 , 975 10 − 19 J Ví dụ 5: Ánh sáng đơn sắc có lượng tử năng lượng Bước sóng sáng đơn sắc có giá trị là
ﾧ
A= β
λ0(eV )
ﾧλ= α
ε (μmm )
Trang 5Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 5
λ= α
ε=
1 , 9875 10 −19
3 , 975 10 − 19 =0,5 ( μmm) ﾧ, Đáp án B
eV mε b Trường hợp 2: Giả thiết bài toán cho lượng tử năng lượng ﾧﾧ Tìm bước sóng ánh sáng đơn sắc khi chiếu vào Catốt ﾧ
Hệ quả 6
ε=2,1 eV Ví dụ 6: Ánh sáng đơn sắc có lượng tử năng lượng Bước sóng sáng đơn sắc có giá trị là
Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 6
λ= β
ε=
1 ,242
2,1 =0 ,591 (μmm)ﾧ Đáp án D
λ( μmm)4 Tìm lượng tử năng lượng khi biết bước sóng ánh sáng kích thích ﾧﾧ.
Hoán vị giả thiết và kết luận của bài tập ta có các hệ quả sau:
ε( J ) a Trường hợp 1: Giả thiết bài toán cho bước sóng ánh sáng đơn sắc Tìm lượng tử năng lượng ﾧﾧ
ε( J )Tìm lượng tử năng lượng ﾧﾧ.
Hệ quả 7
λ=0,2 μmmVí dụ 7: Một bức xạ điện từ có bước sóng ﾧ Năng lượng của mỗi photon có độ lớn bằng
99 , 375 10 − 20 J99 , 375 10 − 19 J99 , 375 10 − 21 J99 , 9375 10 −22 JA.ﾧ B.ﾧ C.ﾧ D.ﾧ
ﾧ
λ= β
ε (μmm)
ﾧε= α
λ (J )
Trang 6Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 7
ε= α
λ=
1 , 9875 10 −19
ε=9 , 9375 10 −19=99 , 375 10− 20(J )ﾧ
Đáp án A
ε(eV ) b Trường hợp 2: Giả thiết bài toán cho bước sóng ánh sáng đơn sắc Tìm lượng tử
năng lượng ﾧﾧ
Hệ quả 8
0 , 41 μmmVí dụ 8: Năng lượng của phôton ứng với ánh sáng có bước sóng ﾧ là
Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 8
ε= β
λ=
1 ,242
0 , 41 ≈ 3 ,03 eVﾧ Đáp án D
λλ05 Tìm động năng ban đầu cực đại của quang êlectron khi biết ﾧ,ﾧ
Áp dụng công thức Anhxtanh
0( max)đ
A W
max
Wđ A hc hc hc
34 8
0
0
6,625.10 3.10
W
đ
19 0
0 (max)
0
.
đ
ﾧε= β
λ (eV)
Trang 7Hệ quả 9
Ví dụ 9: Catốt của một tế bào quang điện làm bằng xêdi có giới hạn quang điện là 0,66(m Chiếu vào catốt ánh sáng tử ngoại có bước sóng 0,33(m Động năng ban đầu cực đại của quang electron là
3 , 01 10 − 19 J 4 , 01 10 −19 J3 , 15 10 − 19 J 2 ,51 10 −19 JA.ﾧ B.ﾧ C.ﾧ D.ﾧ
Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 9
19
0 (max)
.
đ
19 0( max)
0, 66 0,33 1,9875 10
0, 66 0,33
đ
W0( max)đ 3,01 10 19 J
Đáp án A
Hệ quả 10
Ví dụ 10: Catốt của một tế bào quang điện làm bằng Niken có giới hạn quang điện là 0,248(m Chiếu vào catốt ánh sáng tử ngoại có bước sóng 0,180(m Động năng ban đầu cực đại của quang electron là
0,116eV 1,891eV 0,034eV 0,815eV A.ﾧ B.ﾧ C.ﾧ D.ﾧ Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 10
ﾧ
0 0( max)
0
( )
đ
ﾧ
0
0 (max)
0
.
đ
Trang 80 0
0 (max)
.
đ
0( max)
0, 248 0,1
0, 248 0,18
đ
Đáp án B
U h λλ06 Tìm hiệu điện thế hãm ﾧ giữa anốt và catốt để dòng quang điện triệt tiêu khi biết ﾧ,ﾧ
0 max
0 max
W
e
ﾧ
U h=α
e (λ0− λ
λ0 λ )=β (λ0− λ
λ0 λ ) ﾧ
Hệ quả 11
Ví dụ 11: Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,5(m vào catôt của một tế bào quang điện có giới hạn quang điện là 0,66(m Hiệu điện thế cần đặt giữa anôt và catôt để triệt tiêu dòng quang điện là
0,2 V − 0,2V 0,6 V − 0,6VA.ﾧ B ﾧ C ﾧ D ﾧ
Áp dụng hệ quả 11
U h=1, 242 ×(λ0− λ
λ0× λ)ﾧ
U h=1, 242 (0 ,66 − 0,5 0 ,66 × 0,5)=0,6 V
0
¿U h
¿
¿
ﾧ vì ﾧ Đáp án D
λλ07 Tìm vận tốc ban đầu cực đại của quang êlectron khi biết ﾧ,ﾧ
ﾧU h=β(λ0− λ
λ0 λ)(V )
Trang 9
2
0 max
0 (max)
2
e
đ
m v
ﾧ
0 max
đ
e
v
m
19
0
0
2.1,9875.10
50
0max
0
6,6.10
v
ﾧ
αĐặt ﾧ là hằng số (Hằng số thứ ba)
Hệ quả 12
A=2 , 48 eVλ=0 , 31 μmmVí dụ 12: Catốt của tế bào quang điện được làm từ kim loại có công
thoát electron là ﾧ Chiếu vào bề mặt catốt ánh sáng đơn sắc có bước sóng ﾧ Giới hạn quang điện của kim loại làm catốt và vận tốc cực đại của quang electron khi bật ra khỏi bề mặt catốt lần lượt là
λ0=0 , 45 μmmv0(max)=7 ,32 10 5m/ sA.ﾧ; ﾧ
λ0=0 , 45 μmmv0(max)=6 , 32 105m/ s B ﾧ; ﾧ
λ0=0,5 μmmv0(max)=6 , 32 105m/ sC.ﾧ; ﾧ
λ0=0,5 μmmv0max=7 ,32 10 5m/ s D.ﾧ; ﾧ
ﾧγ=6,6 105
ﾧ
v0(max)=γ√λ0− λ
λ0 λ (m/ s)
Trang 10Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 2
λ0=β
A=
1 , 242
2 , 48 =0,5 ( μmm)ﾧ
Áp dụng hệ quả 12
v0(max)=γ √λ0− λ
λ0 λ ﾧ
v0(max)= 6,6 105.√0,5 −0 31 0,5 0 ,31 =7 ,32 10
5 (m/s)ﾧ
Đáp án D
4 Kết luận
Qua thực tế dạy học ở trường THPT phổ thông cho thấy việc giải BTTNVL bằng phương pháp xây dựng “Hằng số mới” chương “Lượng tử ánh sáng ” lớp 12 THPT đã có tác dụng tích cực, thu hút nhiều HS cùng tham gia giải bài tập; nhanh chóng đưa ra kết quả chính xác và sử dụng một cách dễ dàng và giúp HS đạt kết quả tốt trong các kỳ thi TN, và kỳ thi tuyển sinh Đại học
5 Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Vũ Thanh Khiết (Chủ biên), Nguyễn Đức Hiệp, Nguyễn Ngọc Hưng, Nguyễn Đức Thâm, Phạm Đình Thiết, Vũ Đình Túy, Phạm Quý tư (2008), Sách giáo khoa, Sách giáo viên, Sách bài tập Vật lí 12 nâng cao, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà nội
[2] Nguyễn Đình Noãn, Phạm Thị Phú, Nguyễn Đình Thước (2008), Bài tập trắc nghiệm vật lí 12, Nhà xuất bản Đại học sư phạm, Hà nội
[3] Phạm Thị Phú (2006), “Phát triển bài tập Vật lí nhằm củng cố kiến thức và bồi dưỡng tư duy linh hoạt, sáng tạo cho học sinh”, Tạp chí giáp dục, (số 138 kỳ 2), trang 38-39-40
Trang 11[4] Hoàng Danh Tài (2009), Hướng dẫn giải nhanh các dạng bài tập trắc nghiệm, Nhà xuất bản Đại học quốc gia, Hà nội
[5] Lê Văn Thành (2011), Phân loại & phương pháp giải nhanh bài tập vật lí 12, Nhà xuất bản Đại học sư phạm, Hà nội
[6] Nguyễn Đức Thâm (1998), Giáo trình tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội
[7] Nguyễn Đình Thước (2010), Những bài tập sáng tạo về Vật lí trung học phổ thông, Nhà xuất bản Quốc gia Hà Nội
[8] Nguyễn Anh Vinh (2011), Hướng dẫn ôn tập và phương pháp giải nhanh bài tập trắc nghiệm vật lí 12, Nhà xuất bản Đại học sư phạm, Hà nội
HƯỚNG DẪN HỌC SINH MỘT SỐ THỦ THUẬT GIẢI NHANH BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬT LÍ CHƯƠNG “LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG”[VẬT LÍ 12] ThS Hoàng Hữu Tùng* Đăng trên “Tạp chí Giáo dục” SỐ ĐẶC BIỆT 11/2012, trang 130, 131, 133