Hiện tượng quang điện và lượng tử ánh sáng

Hiện tượng quang điện và lượng tử ánh sáng

Ngày 12/06/2011

CHƯƠNG VI: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG -HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN, THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

I MỤC TIÊU

1 Kiến thức:

- Trình bày được thí nghiệm Héc về hiện tượng quang điện và nêu được định nghĩa hiện tượng quang điện

- Phát biểu được định luật về giới hạn quang điện

- Phát biểu được giả thuyết Plăng và viết được biểu thức về lượng tử năng lượng

- Phát biểu được thuyết lượng tử ánh sáng và nêu được những đặc điểm của phôtôn

- Vận dụng được thuyết phôtôn để giải thích định luật về giới hạn quang điện

- Nêu được lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng

2 Kĩ năng:

3 Thái độ:

II CHUẨN BỊ

1 Giáo viên:

- Bộ thí nghiệm về hiện tượng quang điện (nếu có) hoặc video thí nghiệm

- Một số chuyện về sự ra đời của thuyết lượng tử cũng như thái độ của các nhà khoa học thời bấy giờ trước ý kiến có tính chất táo bạo của Plăng về sự gián đoạn của năng lượng

2 Học sinh:

III HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC

Hoạt động 1 ( phút): Kiểm tra bài cũ

Hoạt động 2 ( phút): Tìm hiểu hiện tượng quang điện

- Minh hoạ thí nghiệm của Héc (1887)

- Trình chiếu video thí nghiệm, yêu cầu

HS quan sát, nhận xét

+ Ban đầu là tấm kẽm tích điện âm, Góc

lệch tĩnh điện kế giảm  chứng tỏ điều

gì?

- Không những với Zn mà còn xảy ra với

nhiều kim loại khác khi chiếu ánh sáng

kích thích thích hợp.

 Hiện tượng quang điện là hiện tượng

như thế nào?

- Nếu làm thí nghiệm với tấm Zn tích

điện dương  kim tĩnh điện kế sẽ

không bị thay đổi  Tại sao?

- Tham khảo SGK, mô tả các dụng cụ thí nghiệm

- Quan sát Video thí nghiệm,

Nêu hiện tượng và nhận xét

- Tham khảo SGK, phát biểu Định nghĩa

- Thảo luận phát biểu ý kiếm cá nhân

I Hiện tượng quang điện

1 Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện

a, Dụng cụ:

+ Một điện nghiệm có gắn với một tấm kẽm

+ Đèn hồ quang + Đèn pin chiếu sáng + Thanh nhiễm điện, tấm

dạ cọ sát

b, Tiến hành thí nghiệm

c, Hiện tượng

2 Định nghĩa

- Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi bề mặt kim loại gọi

là hiện tượng quang điện (ngoài)

- Các e bi bật ra gọi là

electron quang điện

- Tấm kẽm mất bớt điện tích âm  các

êlectron bị bật khỏi tấm Zn, nhưng e bị

bật ra bị tấm Zn hút lại ngay  điện

tích tấm Zn không bị thay đổi

- Nếu dùng đèn pin thay cho đèn hồ

quang  hiện tượng không xảy ra 

chứng tỏ điều gì?

- HS trao đổi để trả lời

 tia tử ngoại có khả năng gây ra hiện tượng quang điện ở kẽm Còn ánh sáng nhìn thấy được thì không

3  bức xạ tử ngoại có khả năng gây ra hiện tượng quang điện ở kẽm còn ánh sáng nhìn thấy thấy thì không

Hoạt động 3 ( phút): Tìm hiểu định luật về giới hạn quang điện

- Thông báo thí nghiệm khi lọc lấy

một ánh sáng đơn sắc rồi chiếu vào

mặt tấm kim loại Ta thấy với mỗi

kim loại, ánh sáng chiếu vào nó

(ánh sáng kích thích) phải thoả

mãn   0 thì hiện tượng mới xảy

ra

- Nhấn mạnh cho học sinh khái niệm

và kí hiệu ánh sáng kích thích λ,

giới hạn quang điện λ0

- Giới thiệu bảng giá trị giới hạn

quang điện của một số kim loại (Bảng

30.1)

- Khi sóng điện từ lan truyền đến kim

loại thì điện trường trong sóng sẽ

làm cho êlectron trong kim loại dao

động Nếu điện trường đủ mạnh

(cường độ ánh sáng kích thích đủ lớn)

 êlectron bị bật ra, bất kể sóng

điện từ có  bao nhiêu.

- Ghi nhận kết quả thí nghiệm

và từ đó ghi nhận nội dung định luật, khái niệm ánh sáng kích thích, khái niệm giới hạn quang điện.

- Lắng nghe, tìm hiểu vì sao

thuyết sóng điện từ về ánh sáng không giải thích được định luật về giới hạn quang điện

II Định luật về giới hạn quang điện

- Định luật: Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng 

ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện  0 của kim loại đó, mới gây ra

được hiện tượng quang điện

- Mỗi kim lọai có một giới hạn quang điện đặc trưng

Hoạt động 4 ( phút): Tìm hiểu thuyết lượng tử ánh sáng

- Cuối thế kỉ 19, đầu thế kỉ 20 vật lý

học gặp phải “Thảm học miền tử

ngoại” khi nghiên cứu thực nghiệm

quang phổ của vật đen tuyệt đối

cho kết quả thu được không thể giải

thích bằng các lí thuyết cổ điển Cụ

thể là theo lý thuyết cổ điển thì khi

ánh sáng có tần số tiến tới vô cùng

thì mật độ năng lượng tiến tới vô

cùng, không phù hợp với đường

thực nghiệm

 Plăng cho rằng vấn đề mấu chốt

nằm ở quan niệm không đúng về sự

trao đổi năng lượng giữa các nguyên

tử và phân tử Ông đã sử dụng các

số liệu thực nghiện để xây dựng

- Ghi nhận những khó khăn khi giải thích các kết quả nghiên cứu thực nghiệm để đi đến giả thuyết Plăng Giả thuyết Plăng được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm

- Ghi nhận tính đúng đắn của giả thuyết

III Thuyết lượng tử ánh sáng

1 Giả thuyết Plăng

- Lượng năng lượng mà

mỗi lần một nguyên tử hay

phân tử hấp thụ hay phát

xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf; trong

đó f là tần số của ánh sáng

bị hấp thụ hay phát xạ; còn

h là một hằng số.

2 Lượng tử năng lượng

Là phần năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử (phân tử) hấp thụ hay phát

công thức và tìm cách giải thích ý

nghĩa của công thức đó.

» Giả thuyết của Plăng được xây

dựng trên cơ sở thực nghiệm

- Nêu nội dung giả thuyết Plawng,

nhấn mạnh tính lượng tử của năng

lượng Như vậy năng lượng không

bị hấp thụ hay phát xạ liên tục mà

thành từng lượng riêng biệt.

- Khắc sâu khái niệm và công thức

lượng tử năng lượng cho HS

- Thông báo nội dung của thuyết

lượng tử ánh sáng hay thuyết phôtôn

gồm 4 nội dung chính

+ Nhấn mạnh chùm ánh sáng đơn sắc

chính là chùm các photon giống hệt

nhau

+ Phô tôn của các ánh sáng đơn sắc

khác nhau thì khác nhau

- Yêu cầu HS tham khảo SGK để giải

thích định luật về giới hạn quang điện

bằng thuyết lượng tử ánh sáng

Gợi ý:

+ chiếu ánh sáng lên bề mặt tấm kim

loại chính là chiếu chùm các photon

có mang năng lượng

+ Anh-xtanh cho rằng hiện tượng

quang điện xảy ra do êlectron trong

kim loại đã hấp thụ phôtôn của ánh

sáng kích thích.

+ Để êlectron bứt ra khỏi bề mặt kim

loại thì năng lượng này phải như thế

nào?(liên hệ tớivieecj hái quả trên

cây)

+ Nhấn mạnh khái niệm công thoát

và cách tính, mối liên hệ giữa công

thoát và giới hạn quang điện

- Lắng nghe, tham khảo SGK

để khắc sâu nội dung của các thuyết.

- Tham khảo SGK giải thích

từ đó tìm được   0

- Phải lớn hơn hoặc bằng công thoát

- Khắc sâu ghi nhớ

xạ





hf hc

h gọi là hằng số Plăng:

h = 6,625.10-34J.s

3 Thuyết lượng tử ánh sáng

a Ánh sáng được tạo

thành bởi các “hạt” gọi là phôtôn.

b Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf.

c Trong chân không các phôtôn truyền đi với tốc độ

c = 3.108m/s dọc theo các tia sáng.

d Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng thì chúng

phát ra hay hấp thụ một

phôtôn.

4 Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng

- Mỗi phôtôn khi bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho 1 êlectron.

- Công để “thắng” lực liên kết gọi là công thoát A

- Để hiện tượng quang điện xảy ra:

hf  A hay

c

 



hc A

 

, Đặt 0

hc A

 

   0 Hoạt động 5 ( phút): Tìm hiểu về lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng

- Trong hiện tượng giao thoa, phản

xạ, khúc xạ, nhiễu xạ…  ánh sáng

thể hiện tích chất gì?

- Liệu rằng ánh sáng chỉ có tính

chất sóng?

Hiện tượng quang điện đã cho thấy

ánh sáng có tính chất hạt Vậy sóng

và hạt là tính chất hai mặt của ánh

sáng Ta nói ánh sáng có lưỡng tính

- Ánh sáng thể hiện tính chất sóng

- Không, trong hiện tượng quang điện ánh sáng thể hiện chất hạt

IV Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng

- Ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt

sóng hạt.

Hoạt động 6 ( phút): Giao nhiệm vụ về nhà

- Yêu cầu HS về nhà học thuộc bài,

nắm chắc về hiện tượng quang điện,

định luật về giới hạn quang điện, Giả

thuyết Plang, thuyết lượng tử ánh

sáng, và lưỡng tính sóng hạt của ánh

sáng

- Trả lời câu hỏi và làm bt SGK/158

- Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau

- Ghi câu hỏi và bài tập về nhà

- Ghi những chuẩn bị cho bài sau

IV RÚT KINH NGHIỆM