Kế hoạch bài dạy và tóm tắt thí nghiệm Khảo sát hiện tượng quang điện Vật lí 12 (KNTT) bao gồm hình ảnh các dụng cụ thí nghiệm, hiện tượng, mục đích thí nghiệm, các bước tiến hành, kết quả, ý tưởng sử dụng thí nghiệm, ý tưởng sử dụng trong bài học và kế hoạch bài dạy theo CV 5512
THÍ NGHIỆM 26 THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN Mục đích thí nghiệm - Khảo sát tượng quang điện định luật giới hạn quang điện Dụng cụ thí nghiệm Số lượng Tên dụng cụ Tế bào quang điện (loại chân không, cathode phủ chất nhạy quang Sb – Ce) Nguồn sáng (220V – 32W, điều chỉnh cường độ) Hộp chân đế có gắn biến nguồn, điện áp đầu vào 220V, điện áp đầu (tối đa 50V/100mA) Bộ kính lọc sắc (ba tấm: đỏ, lục, lam) Điện kế chứng minh chiều dùng thang đo - 100μA Volt kế chứng minh chiều, có hai thang đo 2,5V 10V Hình ảnh minh họa Dây nối Các bước tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm Khảo sát tượng quang điện Bước 1: Ngồi thí nghiệm Khảo sát tượng quang điện sử dụng tế bào quang điện chân không, ta mắc nối thêm điện kế (G) để minh chứng có dịng điện chiều qua tế bào quang điện volt kế (V) để đo điện áp Bước 2: Cấp điện gạt công tắc C vị trí “thuận”a Bước 3: Đặt miếng bìa che kín cửa sổ hộp che sáng tế bào quang điện Vặn núm N1 bên phải hết cỡ Quan sát kim điện kế (G)1 Bước 4: Bỏ miếng bìa ra, quan sát kim điện kế thay đổi so với bước 32 Bước 5: Điều chỉnh núm N1 để độ sáng đèn cho G đo khoảng I0 = 15μA Bước 6: Gạt cơng tắc vị trí “nghịch”b Vặn núm N2 từ từ quan sát kim điện kế thay đổi3 Thí nghiệm Khảo sát định luật giới hạn quang điện Tiếp nối thí nghiệm 1, ta thực hiện: Bước 1: Giữ hiệu điện đo volt kế UAK = 0V I0 = 15μA Gạt công tắc C lại vị trí “thuận” Bước 2: Lần lượt đặt kính lọc sắc vào hộp khe chắn sáng Quan sát giá trị thay đổi G điện kế ghi lại giá trị vào bảng số liệu4 Kết xử lí thí nghiệm Thí nghiệm Khảo sát tượng quang điện Sau thí nghiệm, ta rút nhận xét sau: – Kết thúc bước 3, quan sát điện kế, kim điện kế khơng thay đổi (ở vị trí 0μA) ⟹ Khơng có dịng điện chạy qua tế bào quang điện khơng có ánh sáng chiếu vào a b Vị trí “thuận”: cho cathode nối với cực âm, anode nối với cực dương Vị trí “nghịch”: cho cho cathode nối với cực dương, anode nối với cực âm – Kết thúc bước 4, quan sát điện kế, kim điện kế bị thay đổi (có dịch chuyển nhanh bên phải) ⟹ Có dịng điện chạy qua tế bào quang điện có ánh sáng chiếu vào (ta gọi dịng quang điện) – Kết thúc bước 6, quan sát điện kế, kim điện kế bị thay đổi (dịch chuyển dần 0) ⟹ Cường độ dòng quang điện bị triệt tiêu Nhận xét: - Khi chiếu ánh sáng vào tế bào quang điện, làm bứt hạt tải điện khỏi mặt kim loại truyền cho động đủ lớn để chuyển động tạo thành dịng quang điện - Bản chất dòng quang điện dòng electron bị ánh sáng làm bứt khỏi mặt kim loại làm cathode Thí nghiệm Khảo sát định luật giới hạn quang điện – Bảng số liệu Kính màu lam Kính màu lục Kính màu đỏ λ ≈ 0,45 μm λ ≈ 0,50 μm λ ≈ 0,65 μm I0 = 10 I0 = I0 ≈ Nhận xét: Hiện tượng quang điện xảy ánh sáng kích thích chiếu vào tế bào quang điện có bước sóng nhỏ bước sóng ( ≤ ) - giới hạn quang điện kim loại làm cathode Ý tưởng sử dụng thí nghiệm dạy học Đối tượng sử dụng Giáo viên mơn Vật lí 12 Loại thí nghiệm Thí nghiệm biểu diễn - Nêu hiệu ứng quang điện chứng cho tính chất hạt xạ điện từ - Mô tả khái niệm giới hạn quang điện Đáp ứng - Giải thích hiệu ứng quang điện dựa lượng u cầu cần đạt photon cơng - Thảo luận để thiết kế phương án lựa chọn phương án thực phương án, khảo sát dòng quang điện dụng cụ thực hành Ý tưởng sử dụng: - Đặt vấn đề vào bài: Một hành khách phía cửa vào trung tâm thương mại Go – Đà Nẵng nhìn thấy hai cửa kính khép lại Nhưng người lại gần lạ thay, hai cửa kính tự động tách xa nhau, vào trung tâm hai cửa kính lại khép lại ban đầu Vậy cánh cửa hoạt động nào?” - Sử dụng thí nghiệm để biểu diễn: Biểu diễn thí nghiệm – Khảo sát tượng quang điện Sau đó, HS trả lời câu hỏi liên quan đến thí nghiệm - Kết luận thí nghiệm 1, đưa câu trả lời đầu HS nêu hiệu ứng quang điện chứng cho tính chất hạt xạ điện từ: Nguyên lí hoạt động cửa tự động có gắn tế bào quang điện Một chùm sáng phát máy phát máy thu Khi có người vật thể đủ lớn cản chùm sáng truyền hai máy, nhận tín hiệu kích hoạt cửa mở - Đặt câu hỏi vào thí nghiệm – Khảo sát định luật giới hạn quang điện: Vậy liệu có phải ánh sáng thỏa mãn để làm xuất hiện tượng quang điện hay không? Để trả lời cho câu hỏi ấy, ta tiến hành thí nghiệm khảo sát định luật giới hạn quang điện - Sử dụng thí nghiệm để biểu diễn: Trước tiến hành thí nghiệm 2, GV cho HS dự đoán trước kết thu Sau tiến hành thí nghiệm biểu diễn - Kết luận thí nghiệm 2, đưa câu trả lời cho câu hỏi phía HS nêu khái niệm giới hạn quang điện Sau quan sát thí nghiệm 2, ta rút nhận xét: Không phải ánh sáng thỏa mãn Chỉ có bước sóng ngắn thích hợp tạo tượng quang điện Vậy yếu tố bước sóng thích hợp định luật giới hạn quang điện Kế hoạch dạy I Mục tiêu Về kiến thức: - Nêu định nghĩa tượng quang điện - Mô tả khái niệm giới hạn quang điện - Nêu hiệu ứng quang điện chứng cho tính chất hạt xạ điện từ - Giải thích hiệu ứng quang điện dựa lượng photon cơng - Thiết kế phương án lựa chọn phương án thực phương án, khảo sát dòng quang điện dụng cụ thực hành Về lực: - Đưa phán đốn giới hạn quang điện - Trình bày tự tin câu hỏi học trước lớp Về phẩm chất: - Phẩm chất trung thực trình đưa kết nhận xét II Thiết bị dạy học học liệu - Bộ thí nghiệm “Hiện tượng quang điện ngồi” III Tiến trình dạy học Hoạt động 1: Đặt vấn đề liên quan đến tượng quang điện a Mục tiêu: - Đặt câu hỏi chế hoạt động cửa tự động thường gặp trung tâm thương mại nhà ga (cách thức hoạt động, dựa vào tượng gì,…) b Nội dung: - HS trả lời câu hỏi sau: “Một hành khách phía cửa vào trung tâm thương mại Go – Đà Nẵng nhìn thấy hai cửa kính khép lại Nhưng người lại gần lạ thay, hai cửa kính tự động tách xa nhau, vào trung tâm hai cửa kính lại khép lại ban đầu Vậy cánh cửa hoạt động nào?” c Sản phẩm: - Dự kiến câu trả lời học sinh: Cánh cửa hoạt động dựa tượng quang điện d Tổ chức thực hiện: - Hoạt động GV GV đặt câu hỏi vào bài: “Một hành khách phía cửa vào trung tâm thương mại Go – Đà Nẵng nhìn thấy hai cửa kính khép lại Nhưng người lại gần lạ thay, hai cửa kính tự động tách xa nhau, vào trung tâm hai cửa kính lại khép lại ban đầu Vậy cánh cửa hoạt động nào?” Hoạt động HS HS suy nghĩ trả lời câu hỏi theo cá nhân Hoạt động 2: Thí nghiệm – Khảo sát tượng quang điện a Mục tiêu: - Nêu định nghĩa tượng quang điện ngồi - Giải thích hiệu ứng quang điện dựa lượng photon cơng - Thiết kế phương án lựa chọn phương án thực phương án, khảo sát dòng quang điện dụng cụ thực hành b Nội dung: - HS yêu cầu làm việc theo nhóm để thiết kế phương án lựa chọn phương án, thực phương án thí nghiệm khảo sát tượng quang điện - HS nêu định nghĩa tượng quang điện ngồi - HS giải thích hiệu ứng quang điện dựa lượng photon công c Sản phẩm: - Phương án thực thí nghiệm HS - Dự kiến câu trả lời HS: Năng lượng photon: = Hiện tượng quang điện xảy electron kim loại hấp thụ lượng photon kích thích Photon bị hấp thụ truyền tồn lượng cho electron Năng lượng cung cấp cho electron cơng (A) giúp electron thắng lực liên kết với mạng tinh thể thoát khỏi bề mặt kim loại lực khơng đủ cung cấp động cho electron dao động tự bề mặt kim loại Nội dung ghi vào cá nhân: - Hiện tượng quang điện tượng ánh sáng làm bật electron khỏi bề mặt kim loại d Tổ chức thực hiện: Giao nhiệm vụ: GV chia lớp thành nhóm (khoảng HS/nhóm), u cầu HS trình bày phương án thực thí nghiệm dựa dụng cụ thí nghiệm mà GV giới thiệu qua trước Thực nhiệm vụ: GV giới thiệu dụng cụ thí nghiệm giải thích dụng cụ tế bào quang điện sơ đồ mạch điện bên Sau đó, HS trình bày phương án thí nghiệm vào phiếu học tập thực thí nghiệm Cuối HS ghi lại tượng, giải thích nêu định nghĩa tượng quang điện ngoài, hiệu ứng quang điện chứng cho tính chất hạt xạ điện từ GV theo dõi trình học lớp để đặt câu hỏi phù hợp với lực học tập HS Báo cáo thảo luận: Yêu cầu HS hai nhóm khác báo cáo tượng quan sát được, giải thích Gọi vài HS cho nhận xét, bổ sung Kết luận, nhận định: GV nhận xét câu trả lời HS, xác nhận kiến thức định nghĩa tượng quang điện ngoài, hiệu ứng quang điện chứng cho tính chất hạt xạ điện từ yêu cầu HS ghi vào Định nghĩa tượng quang điện ngoài: tượng ánh sáng làm bật electron khỏi bề mặt kim loại Nhận xét: Khi xảy tượng quang điện với bước sóng ngắn, hạt photon ánh sáng truyền tới va chạm với electron kim loại truyền cho động làm electron khỏi bề mặt kim loại Hiện tượng quang điện xảy electron bề mặt kim loại hấp thụ photon ánh sáng kích thích a b - c - d Hoạt động 3: Thí nghiệm – Khảo sát định luật giới hạn quang điện Mục tiêu: Mô tả khái niệm giới hạn quang điện Nêu hiệu ứng quang điện chứng cho tính chất hạt xạ điện từ Nội dung: HS yêu cầu làm việc theo nhóm để quan sát thí nghiệm khảo sát định luật giới hạn quang điện, đặt câu hỏi trả lời câu hỏi GV đặt q trình làm thí nghiệm HS nêu khái niệm giới hạn quang điện HS nêu hiệu ứng quang điện chứng cho tính chất hạt xạ điện từ Sản phẩm: Dự kiến câu lời HS: Ánh sáng làm xảy tượng quang điện ánh sáng có bước sóng ngắn Chính thể rõ tính chất hạt xạ điện từ Nội dung ghi vào cá nhân: Hiện tượng quang điện xảy ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng (λ) nhỏ bước sóng giới hạn quang điện kim loại (λ ) ≤ Tổ chức thực hiện: Giao nhiệm vụ: GV biểu diễn thí nghiệm đặt câu hỏi cho HS q trình biểu diễn thí nghiệm phần Nội dung Thực nhiệm vụ: HS thảo luận nhóm để trả lời câu hỏi GV đặt trình biểu diễn thí nghiệm Sau đó, HS nêu khái niệm giới hạn quang điện GV theo dõi trình học lớp để đặt câu hỏi phù hợp với lực học tập HS Báo cáo thảo luận: Yêu cầu HS hai nhóm khác đưa câu trả lời cho câu hỏi Gọi vài HS cho nhận xét, bổ sung Kết luận, nhận định: GV nhận xét câu trả lời HS, xác nhận kiến thức khái niệm giới hạn quang điện yêu cầu HS ghi vào Khái niệm giới hạn quang điện: Hiện tượng quang điện xảy ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng (λ) nhỏ bước sóng giới hạn quang điện kim loại (λ ) ≤ a b - c d Hoạt động 4: Luyện tập Mục tiêu: Vận dụng kiến thức tượng quang điện để giải số tập, giải thích số ứng dụng liên quan thực tiễn Nội dung: Trả lời câu hỏi sau vào Câu 1: Một đèn pha ánh sáng màu đỏ có bước sóng λ = 0,7 μm Hãy xác định lượng photon ánh sáng A 1,77 MeV B 2,84 MeV C 1,77 eV D 2,84 eV Câu 2: Một kim loại có giới hạn quang điện λ = 0,6 μm, chiếu sáng xạ đơn sắc có bước sóng λ = 0,5 μm Hãy xác định vận tốc cực đại electron quang điện A 3,82.10 m/s B 4,57.10 m/s C 5,73.10 m/s D Hiện tượng quang điện không xảy Sản phẩm: Câu trả lời, lời giải câu hỏi Câu Đáp án C A Tổ chức thực hiện: Giao nhiệm vụ: GV giao câu hỏi cho HS, yêu cầu HS trình bày vào Thực nhiệm vụ: HS thực nhiệm vụ, trình bày vào GV quan sát, xem nhanh lời giải HS kịp thời hỗ trợ cho HS gặp khó khăn Báo cáo, thảo luận, kết luận: Mỗi câu hỏi, yêu cầu HS lên bảng giải nhanh, sau yêu cầu số HS khác nhận xét, GV nhận xét, bổ sung xác nhận GV nhận xét tiết học định hướng nhiệm học tập nhà Phụ lục – Phiếu học tập PHIẾU HỌC TẬP Nhóm: Lớp:……… Tên thành viên: Phương án tiến hành thí nghiệm “Khảo sát tượng quang điện” Hiện tượng quan sát – giải thích: Nhận xét nhóm khác: