Xây dựng bộ thí nghiệm khảo sát tính chất hạt của ánh sáng và ứng dụng trong dạy học vật lý trung học phổ thông

NGUỄN THỊ BÍCH TÌNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT TÍNH CHẤT HẠT NGUYỄN THỊ BÍCH TÌNH XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT TÍNH CHẤT HẠT CỦA ÁNH SÁNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ KHĨA 25 Nghệ An, 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN THỊ BÍCH TÌNH XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT TÍNH CHẤT HẠT CỦA ÁNH SÁNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8440110 Người hướng dẫn khoa học: TS TRỊNH NGỌC HOÀNG Nghệ An, 2019 LỜI CẢM ƠN Bản luận văn hồn thành nhờ q trình nỗ lực thân hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Trịnh Ngọc Hồng Thầy đặt vấn đề, tận tình hướng dẫn, quan tâm, động viên giúp đỡ tơi suốt thời gian hồn thành luận văn Đối với tôi, học tập nghiên cứu hướng dẫn thầy niềm vinh dự lớn lao Nhân dịp này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Trịnh Ngọc Hoàng giúp đỡ q báu nhiệt tình Tôi xin phép cảm ơn thầy cô tham gia giảng dạy, đào tạo lớp Quang học 25, cảm ơn thầy cô ngành Vật lý, Phòng đào tạo sau đại học, Ban lãnh đạo Trường Đại học Vinh, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập, nghiên cứu sở đào tạo Tơi bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp anh, chị học viên lớp Cao học 25 – chuyên ngành Quang học Trường Đại học Vinh động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Xin chân thành cảm ơn ! Học viên Nguyễn Thị Bích Tình MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng, khách thể phạm vi nghiên cứu Những đóng góp đề tài Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn Chương ĐẶC TÍNH LƯỢNG TỬ CỦA ÁNH SÁNG 1.1 Một số quan điểm nhà vật lí chất ánh sáng 1.2 Đặc tính lượng tử ánh sáng 21 1.2.1 Thuyết lượng tử ánh sáng 21 1.2.2 Hiện tượng quang điện 23 Kết luận chương I 30 Chương 2: XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT TÍNH CHẤT HẠT CỦA ÁNH SÁNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 31 2.1 Xây dựng thí nghiệm khảo sát tính chất hạt ánh sáng 31 2.2 Ứng dụng thí nghiệm dạy học vật lý trung học phổ thông 42 Kết luận chương II 45 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Tên hình vẽ Trang 1.1 Những nhà vật lí tiên phong nghiên cứu ánh sáng 10 1.2 Sự khúc xạ “hạt ánh sáng” “sóng ánh sáng” 11 1.3 Sự phản xạ “hạt ánh sáng” “sóng ánh sáng” gây gương 12 1.4 Sự nhiễu xạ “hạt ánh sáng” “sóng ánh sáng” 13 1.5 Hiện tượng giao thoa ánh sáng 15 1.6 Hạt sóng qua kính phân cực đặt vương góc 16 1.7 Thí nghiệm giao thoa ánh sáng Young 18 1.8 1.9 Vị trí vân sáng (S), tối (T) thí nghiệm giao thoa Young Hình ảnh thí nghiệm giao thoa Young với ánh sáng trắng 19 19 1.10 Người đưa giả thuyết lượng tử ánh sáng 22 1.11 Mơ tả thí nghiệm tượng quang điện Hertz 24 1.12 Tế bào quang điện chân khơng 24 1.13 Sơ đồ thí nghiệm tượng quang điện 25 1.14 Đặc tuyến Vôn-Ampe tế bào quang điện 25 1.15 Dòng quang điện bị triệt tiêu hiệu điện hãm 26 2.1 Sơ đồ thiết kế thí nghiệm tượng quang điện 31 2.2 Sơ đồ khối nguồn phát ánh sáng kích thích 32 2.3 Bộ thí nghiệm khảo sát tượng quang điện 33 2.4 Tế bào quang điện GD-28 33 2.5 Bộ chuyển đổi AC-DC máy biến áp 220VAC-12VAC 34 2.6 Nguồn sáng kích thích gồm chùm sáng đơn sắc có bước sóng khác 35 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 Cơ cấu xác định bước sóng cường độ chùm sáng kích thích Quang phổ kế mini CCS100 hãng Thorlabs Giao diện phần mềm Thorlabs OSA hiển thị bước sóng, cường độ chùm sáng kích thích Sự phụ thuộc cường độ dịng quang điện vào cường độ chùm sáng kích thích ứng với ánh sáng lam λ = 459,370 nm Sự phụ thuộc cường độ dòng quang điện vào cường độ chùm sáng kích thích ứng với ánh sáng lục λ = 524,081nm Sự phụ thuộc cường độ dòng quang điện vào cường độ chùm sáng kích thích ứng với ánh sáng vàng λ =592,001nm Sự phụ thuộc cường độ dòng quang điện vào cường độ chùm sáng kích thích ứng với ánh sáng da cam λ =629,866nm 36 37 37 39 40 40 41 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 2.1 2.2 2.3 2.4 Tên bảng Giá trị cơng số kim loại chất bán dẫn Cường độ dòng quang điện tương ứng với cường độ sáng ánh sáng màu lam λ = 459,370 nm Cường độ dòng quang điện tương ứng với cường độ sáng ánh sáng màu lục λ = 524,081nm Cường độ dòng quang điện tương ứng với cường độ sáng ánh sáng màu vàng λ =592,001nm Cường độ dòng quang điện tương ứng với cường độ sáng ánh sáng màu da cam λ =629,866nm Trang 29 38 38 38 39 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Khoa học chứng minh ánh sáng tồn hai dạng hạt photon sóng điện từ Đồng thời nhà khoa học khẳng định ánh sáng thể tính chất sóng – hạt lúc, tính chất gọi lưỡng tính sóng hạt Lưỡng tính sóng hạt ánh sáng giúp giải thích, khám phá nhiều đặc tính lượng tử ánh sáng mà trước đây, quan niệm ánh sáng sóng, người chưa phát Một tượng thể tính chất lượng tử ánh sáng tượng quang điện Chương trình vật lý lớp 12 THPT có đề cập đến khái niệm lượng tử - photon Tuy vậy, tượng quan sát thơng qua thí nghiệm hiệu ứng quang điện mơ tả cách hình thức, lý thuyết sng Vì vậy, xây dựng thí nghiệm để khảo sát tính chất hạt ánh sáng, qua áp dụng giảng dạy cho học sinh phổ thông vấn đề liên quan đến tính chất lượng tử ánh sáng việc làm cần thiết Đó lí tơi chọn đề tài “Xây dựng thí nghiệm khảo sát tính chất hạt ánh sáng ứng dụng dạy học vật lý trung học phổ thông” làm đề tài luận văn thạc sĩ Mục đích nghiên cứu Xây dựng thí nghiệm khảo sát tính chất hạt ánh sáng ứng dụng thí nghiệm để dạy học vật lý trung học phổ thông Đối tượng, khách thể phạm vi nghiên cứu - Luận văn nghiên cứu tính chất lượng tử ánh sáng thơng qua việc chế tạo tạo thí nghiệm tượng quang điện Qua việc khảo sát tính chất hạt ánh sáng có bước sóng khác việc sử dụng thí nghiệm, luận văn đề xuất phương án vận dụng để dạy học phần lượng tử ánh sáng môn vật lý trung học phổ thông - Trong luận văn này, năm bước sóng ánh sáng nghiên cứu bao gồm ánh sáng màu đỏ, cam, vàng, lục, lam Những đóng góp đề tài Chế tạo thí nghiệm tượng quang; Khảo sát tính chất hạt ánh sáng, vẽ đồ thị khảo sát so sánh với kết luận biết trước đây; Đề xuất phương án sử dụng thí nghiệm chế tạo để dạy học vật lý trung học phổ thông Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu cở sở lý thuyết đặc tính lượng tử ánh sáng - Chế tạo thí nghiệm tượng quang điện từ vật liệu, linh kiện quen thuộc vài linh kiện mua sẵn - Khảo sát tính chất hạt ánh sáng, vẽ đồ thị khảo sát so sánh với kết luận biết trước - Đề xuất phương án sử dụng thí nghiệm chế tạo để dạy học vật lý trung học phổ thông Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng hợp phân tích tài liệu lý thuyết thực nghiệm - Phương pháp chuyên gia - Phương pháp thực nghiệm Cấu trúc luận văn Luận văn phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, nội dung trình bày chương: Chương 1: Đặc tính lượng tử ánh sáng 1.1 Một số quan điểm nhà vật lí chất ánh sáng 1.2 Đặc tính lượng tử ánh sáng Chương 2: Xây dựng thí nghiệm khảo sát tính chất hạt ánh sáng ứng dụng dạy học vật lý trung học phổ thơng 2.1 Xây dựng thí nghiệm khảo sát tính chất hạt ánh sáng 2.2 Ứng dụng thí nghiệm dạy học vật lý trung học phổ thông Chương ĐẶC TÍNH LƯỢNG TỬ CỦA ÁNH SÁNG 1.1 Một số quan điểm nhà vật lí chất ánh sáng Vào đầu kỉ 19, chủ đề chất ánh sáng đẩy giới khoa học tới nhiều tranh luận gay gắt Một nhóm tán thành thuyết sóng, tập trung bàn luận khám phá nhà khoa học người Hà Lan Christiaan Huygens Cịn phía bên trích dẫn thí nghiệm lăng kính Isaac Newton, xem chứng cho thấy ánh sáng truyền dạng chùm hạt, hạt theo đường thẳng bị khúc xạ, hấp thụ, phản xạ, nhiễu xạ theo nhiều cách khác [6] Lí thuyết khúc xạ ánh sáng Huygens, cho vận tốc ánh sáng chất tỉ lệ nghịch với chiết suất Nói cách khác, Huygens cho ánh sáng bị bẻ cong, hay khúc xạ, vào chất, chậm truyền qua chất Những người ủng hộ ơng kết luận ánh sáng dịng hạt, xảy kết ngược lại, ánh sáng vào môi trường đậm đặc bị phân tử mơi trường hút vận tốc tăng lên, không giảm xuống Một hạn chế thời kỳ việc đo vận tốc ánh sáng mơi trường khác khơng khí thủy tinh chưa thể thực Hơn nữa, thời kỳ đó, người ta cho ánh sáng chuyển động với vận tốc, bất chấp môi trường mà qua Phải 150 năm sau, vận tốc ánh sáng đo với độ xác cao khẳng định thuyết Huygens Isaac Newton (1642-1727) Christiaan Huygens (1629-1695) Hình 1.1 Những nhà vật lí tiên phong nghiên cứu ánh sáng Bất chấp danh tiếng Isaac Newton, số nhà khoa học có danh tiếng khác khơng tán thành quan điểm ông Một số người cho ánh sáng chùm hạt, hai chùm sáng cắt ngang nhau, số hạt va chạm lên gây chệch hướng chùm sáng Rõ ràng điều không xảy ra, nên họ kết luận ánh sáng tập hợp hạt rời rạc Trong viết năm 1690, Huygens đề xuất quan điểm cho sóng ánh sáng truyền khơng gian qua trung gian ê-te, chất bí ẩn khơng trọng lượng, tồn thực thể vơ hình khơng khí khơng gian Thời đó, việc săn lùng ê-te nhà khoa học miệt mài suốt kỉ 19 trước cuối phải dừng lại Thuyết ê-te tồn cuối năm 1800, chứng mơ hình Charles Wheatstone đề xuất, chứng minh ê-te mang sóng ánh sáng cách dao động theo hướng vng góc với hướng truyền 10 Cụm chứa nguồn sáng Cụm chứa tế bào quang điện Hình 2.3 Bộ thí nghiệm khảo sát tượng quang điện Bộ thí nghiệm hình 2.3 có cụm Cụm thứ chứa tế bào quang điện tạo từ thiết bị, linh kiện sau: Tế bào quang điện GD-28(1) có cấu tạo mơ tả hình 2.4 Hình 2.4 Tế bào quang điện GD-28 (1) Sản phẩm Công ty Nanjing Yong Ji Photoelectric Technology - Trung Quốc 33 Tế bào quang điện GD-28 có thơng số kỹ thuật sau [7]: - Kích thước: 30mm x 94mm, - Tiết diện catốt hiệu dụng 22mm x 15 mm, - Phạm vi hoạt động: 300nm - 670nm - Giới hạn quang điện: 670nm Ngồi ra, cụm thứ cịn chứa máy biến áp nhỏ, dùng để biến đổi điện áp từ 220 VAC thành 12 VAC, sau thơng qua chuyển đổi, điện áp 12 VAC biến đổi thành điện áp chiều dải VDC - 12 VDC Bộ chuyển đổi máy biến áp mơ tả hình 2.5 đây: Máy biến áp 220VAC-12VAC Bộ chuyển đổi AC-DC Hình 2.5 Bộ chuyển đổi AC-DC máy biến áp 220VAC-12VAC Cụm thứ hai thí nghiệm hình 2.3 có nhiệm vụ tạo chùm ánh sáng đơn sắc với bước sóng khác Hình ảnh bên cụm mơ tả hình 2.6 đây: 34 Cụm đèn LED Khóa vị trí Chiết áp Hình 2.6 Nguồn sáng kích thích gồm chùm sáng đơn sắc có bước sóng khác Trên hình 2.6, cụm đèn LED tạo chùm sáng đơn sắc có bước sóng là: - LED tạo ánh sáng lam có bước sóng λ1 = 459,370 nm, - LED tạo ánh sáng lục có bước sóng λ2 = 524,081 nm, - LED tạo ánh sáng vàng có bước sóng λ3 = 592,001 nm, - LED tạo ánh sáng da cam có bước sóng λ4 = 629,866 nm, - LED tạo ánh sáng đỏ có bước sóng λ5 = 680,386 nm, Việc tăng giảm cường độ chiếu sáng đèn LED thực thông qua chiết áp Trong trình làm thí nghiệm, việc chuyển đổi nguồn sáng khác thực cách bật sáng đèn LED thơng qua khóa vị trí (Hình 2.6) Như vậy, thí nghiệm tượng quang điện chế tạo với thông số Với thí nghiệm dùng để khảo sát 35 tính chất hạt chùm sáng có bước sóng khác với giá trị cường độ (công suất phát sáng) khác Sau vận dụng thí nghiệm vừa chế tạo để tiến hành khảo sát chùm sáng đơn sắc Để thực khảo sát, cần thêm số thiết bị sau:  Quang phổ kế mini CCS100 hãng Thorlabs, máy hoạt dộng dải phổ 350 - 700 nm,  Đầu thu quang cáp quang kết nối với quang phổ kế,  Máy tính phần mềm chuyên dụng Thorlabs OSA,  Bộ nguồn 12VDC Các thiết bị mô tả hình 2.7 2.8 Để xác định bước sóng ánh sáng kích thích cường độ chùm sáng, cụm phát ánh sáng kích thích kết nối với nguồn 12VDC hình 2.7 Phía đèn LED đặt đầu thu quang giá dỡ chuyên dụng Đầu thu quang cáp quang kết nối với quang phổ kế mini CCS100 Quang phổ kế kết nối với máy vi tính thơng qua giao tiếp USB với phần mềm chuyên dụng Thorlabs OSA Cụm phát ánh sáng kích thích Cáp quang Nguồn 12VDC Đầu thu quang Hình 2.7 Cơ cấu xác định bước sóng cường độ chùm sáng kích thích 36 Quang phổ kế Cáp USB kết nối với máy vi tính Cáp quang kết nối với đầu thu quang Hình 2.8 Quang phổ kế mini CCS100 hãng Thorlabs Nhờ phần mềm chuyên dụng Thorlabs OSA, bước sóng ánh sáng kích thích xác định bước sóng Với ánh sáng đơn sắc có bước sóng định xác định cường độ chùm sáng hình 2.9: Hình 2.9 Giao diện phần mềm Thorlabs OSA hiển thị bước sóng, cường độ chùm sáng kích thích 37 Sau lần đo cường độ chùm sáng, lại đặt tế bào quang điện vào thay vị trí đầu thu quang dùng đồng hồ vạn để xác định cường độ dòng quang điện tương ứng Các giá trị cường độ dòng quang điện tương ứng với cường độ sáng ánh sáng đơn sắc ghi lại bảng từ 2.1 đến 2.4 Ở cường độ ánh sáng xác đinh phần mềm Thorlabs OSA cường độ tương đối (đơn vị tùy ý) Bảng 2.1 Cường độ dòng quang điện tương ứng với cường độ sáng ánh sáng màu lam λ = 459,370 nm Cường độ 0,802 0,72 0,682 ánh sáng Cường độ dòng quang 4,31 4,15 3,94 điện (mA) 0,589 0,56 0,539 0,465 0,324 0,282 3,68 3,57 3,25 2,75 2,3 2,2 Bảng 2.2 Cường độ dòng quang điện tương ứng với cường độ sáng ánh sáng màu lục λ = 524,081nm Cường độ 0,797 0,522 0,502 ánh sáng Cường độ dòng quang 2,41 2,28 2,23 điện (mA) 0,366 0,307 0,286 0,265 0,228 0,217 2,07 1,75 1,65 1,47 1,32 1,09 Bảng 2.3 Cường độ dòng quang điện tương ứng với cường độ sáng ánh sáng màu vàng λ =592,001nm Cường độ ánh sáng Cường độ dòng quang điện (mA) 0,719 0,663 0,617 0,456 0,417 0,302 0,237 0,17 0,115 0,17 0,14 0,13 0,1 38 0,09 0,07 0,06 0,03 0,02 Bảng 2.4 Cường độ dòng quang điện tương ứng với cường độ sáng ánh sáng màu da cam λ =629,866nm Cường độ ánh sáng Cường độ dòng quang điện (mA) 0,814 0,726 0,643 0,211 0,175 0,126 0,05 0,04 0,03 0,02 0,02 0,01 Riêng ánh sáng đỏ có bước sóng λ5 = 680,386 nm (khi bật LED 5) thấy tượng quang điện không xảy ra, cường độ dịng quang điện khơng Điều hiển nhiên λ5 > λ0 = 670nm không thỏa mãn định luật quang điện thứ Từ bảng số liệu trên, dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ dòng quan điện vào cường độ chùm sáng kích thích ứng với ánh sáng đơn sắc Các đồ thị minh họa hình từ 2.10 đến 2.13 Cường độ dòng quang điện (mA) đây: 4.5 3.5 2.5 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Cường độ ánh sáng 0.8 0.9 Hình 2.10 Sự phụ thuộc cường độ dòng quang điện vào cường độ chùm sáng kích thích ứng với ánh sáng lam λ = 459,370 nm 39 Cường độ dòng quang điện (mA) 2.6 2.4 2.2 1.8 1.6 1.4 1.2 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Cường độ ánh sáng 0.8 0.9 Hình 2.11 Sự phụ thuộc cường độ dịng quang điện vào cường độ chùm sáng kích thích ứng với ánh sáng lục λ = 524,081nm Cường độ dòng quang điện (mA) 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Cường độ ánh sáng Hình 2.12 Sự phụ thuộc cường độ dòng quang điện vào cường độ chùm sáng kích thích ứng với ánh sáng vàng λ =592,001nm 40 Cường độ dòng quang điện (mA) 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0.2 0.4 0.6 Cường độ ánh sáng 0.8 Hình 2.13 Sự phụ thuộc cường độ dòng quang điện vào cường độ chùm sáng kích thích ứng với ánh sáng da cam λ =629,866nm Từ đồ thị hình từ 2.10 đến 2.13, thấy, tượng quang điện xảy ra, cường độ dòng quang điện tăng cường độ chùm sáng kích thích tăng Ngồi ra, cịn thấy, ứng với mức cường độ ánh sáng kích thích cường độ dịng quang điện lớn ánh sáng lam bé ánh sáng da cam Điều hoàn toàn lý giải từ thuyết lượng ánh sáng Thật vậy, tượng quang điện xảy (λ < λ0), chùm ánh sáng chiếu tới bao gồm photon mang lượng   hc  đập vào catốt làm giải phóng số lượng định electron gây nên dịng quang điện có cường độ I Nếu tăng cường độ chùm sáng kích thích tức ta tăng số photon đập vào catốt đơn vị thời gian, điều làm tăng số electron giải phóng khỏi catốt làm tăng cường độ dịng quang điện 41 2.2 Ứng dụng thí nghiệm dạy học vật lý trung học phổ thông Như vậy, cách chế tạo thí nghiệm tượng quang điện khảo sát tính chất hạt ánh sáng đơn sắc có bước sóng khác nhau, hiểu sâu sắc chất lượng tử ánh sáng Vận dụng kết đề xuất nhiều phương án ứng dụng để dạy học vật lý bậc trung học phổ thơng Trước tiên, việc vận hành thí nghiệm tượng quang điện cần tuân theo bước sau [2, 3]: Bước 1: Xác định bước sóng ánh sáng kích thích đo cường độ tương đối chùm sáng:  Kết nối cụm đèn LED với nguồn ni 12 VDC;  Điều chỉnh khóa vị trí để chọn ánh sáng đơn sắc cần khảo sát;  Gắn đầu thu quang quang phổ kế lên giá để hứng chùm sáng phát từ đèn LED, đồng thời khởi động máy vi tính mở ứng dụng Thorlabs OSA;  Bật công tắc cho đèn LED lựa chọn phát sáng;  Điều chỉnh chiết áp để đèn LED phát chùm ánh sáng với cường độ định đó;  Điều chỉnh đầu thu quang để hứng ánh sáng giao diện phần mềm Thorlabs OSA nhìn thấy đỉnh phổ hình chng (nếu điều kiện xảy tượng quang điện thỏa mãn);  Đọc giá trị bước sóng cường độ sáng tương ứng để ghi vào bảng Bước 2: Đo cường độ dòng quang điện ứng với giá trị cường độ chùm sáng kích thích: 42  Thay tế bao quang điện vào vị trí đầu thu quang;  Bật nguồn điện cho cụm tế bào quang điện hoạt động;  Dùng đồng hồ vạn điều chỉnh chế độ ampekế để đo cường độ dòng quang điện;  Đọc giá trị cường độ dòng quang điện ghi vào bảng tương ứng với giá trị cường độ chùm sáng kích thích ghi bước 1; Bước 3: Lập bảng giá trị cường độ dòng quang điện tương ứng với cường độ chùm sáng kích thích:  Lặp lại bước bước nhiều lần ứng với ánh sáng đơn sắc;  Điều chỉnh khóa vị trí để bật đèn LED khác lặp lại tất bước để tạo bảng thứ hai ánh sáng đơn sắc thứ hai; Cứ làm tất ánh sáng đơn sắc muốn khảo sát Bước 4: Vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ dòng quang điện vào cường độ chùm sáng kích thích:  Với bảng lập bước 3, vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ dịng quang điện vào cường độ chùm sáng kích thích;  Nhận xét đặc tính lượng tử ánh sáng đơn sắc khác thông qua đồ thị vừa vẽ Sau tuân thủ bước trên, kết khảo sát định lượng thu được, vận dụng vào trình dạy học vật lý với nhiều mục đích khác [2, 3]: - Minh họa định luật quang điện thứ cách khảo sát nhiều ánh sáng đơn sắc với bước sóng khác nhận định tượng quang điện xảy ra, không xảy 43 - Minh họa định luật quang điện thứ hai cách điều chỉnh điện áp đủ lớn hai đầu tế bào quang điện, đồng thời thay đổi cường độ chùm sáng kích thích cách điều chỉnh chiết áp cụm chứa đèn LED; Dùng đồng hồ vạn để đo cường độ dòng quang điện ứng với giá trị cường độ chùm sáng kích thích 44 Kết luận chương II Như vậy, thông qua nội dung chương II chế tạo thí nghiệm tượng quang điện; Khảo sát định lượng tượng quang điện ánh sáng đơn sắc: đỏ, da cam, vàng, lục, lam Cũng chương II này, bước vận hành thí nghiệm số phương án vận dụng thí nghiệm dạy học vật lí đề xuất 45 KẾT LUẬN Qua q trình nghiên cứu đề tài “Xây dựng thí nghiệm khảo sát tính chất hạt ánh sáng ứng dụng dạy học vật lý trung học phổ thông” thu kết cụ thể sau đây: Tìm hiểu tái khẳng định đặc tính lượng tử ánh sáng Theo đó, chùm ánh sáng đơn sắc có tần số f photon có lượng khơng đổi   hf  hc  ; Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hấp thụ chúng phát xạ hấp thụ photon Chế tạo thí nghiệm tượng quang điện với thông số sau: - Giải phổ hoạt động: 300nm - 670nm, - Tiết diện catốt hiệu dụng 22mm x 15 mm, - Giới hạn quang điện: 670nm, - Điện áp sử dụng: 220VAC - 50 Hz cụm tế bào quang điện 12VDC cụm phát ánh sáng kích thích, - Số lượng ánh sáng đơn sắc phát ra: ánh sáng đơn sắc (ánh sáng lam có bước sóng λ1 = 459,370 nm; ánh sáng lục có bước sóng λ2 = 524,081 nm; ánh sáng vàng có bước sóng λ3 = 592,001 nm; ánh sáng da cam có bước sóng λ4 = 629,866 nm; ánh sáng đỏ có bước sóng λ5 = 680,386 nm) Khảo sát định lượng tượng quang điện ánh sáng đơn sắc: đỏ, da cam, vàng, lục, lam Qua đó, thấy tượng quang điện xảy ra, cường độ chùm sáng kích thích tăng làm tăng cường độ dịng quang điện Đề xuất bước vận hành thí nghiệm số phương án vận dụng thí nghiệm dạy học vật lí trung học phổ thông Các phương án tập trung minh họa định luật quang điện thứ thứ hai 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ giáo dục đào tạo (2016), Sách giáo khoa Vật lý 12, NXB Giáo dục [2] Nguyễn Thị Nhị, Hà Văn Hùng (2017), Giáo trình Thí nghiệm dạy học vật lý, Nhà xuất Trường Đại học Vinh [3] Trần Thị Ngọc Ánh, Sử dụng phối hợp loại hình thí nghiệm dạy học nhiệt học vật lí 10 trung học phổ thơng, Luận án tiến sĩ giáo dục học, 2017 [4] H Vic Dannon, Wave-Particle Duality: de Broglie Waves and Uncertainty, Gauge Institute Journal, Vol No 4, November 2006 [5] Hugh D Young, Roger A Freedman (2014), University Physics with Modern Physics, 13th Edition, Pearson New International Edition, Pearson Education, England [6] Kenneth R Spring, Michael W Davidson, Paul Dirac Dr., Light: Particle or a Wave?, https://www.olympus-lifescience.com, truy cập ngày 10/6/2019 [7] Tế bào quang điện GD-28, http://yojipe.com, truy cập ngày 2/3/2019 47 ... Chương 2: XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT TÍNH CHẤT HẠT CỦA ÁNH SÁNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 31 2.1 Xây dựng thí nghiệm khảo sát tính chất hạt ánh sáng ... 2: XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT TÍNH CHẤT HẠT CỦA ÁNH SÁNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THƠNG 2.1 Xây dựng thí nghiệm khảo sát tính chất hạt ánh sáng Căn sơ đồ nguyên lý. .. Đặc tính lượng tử ánh sáng Chương 2: Xây dựng thí nghiệm khảo sát tính chất hạt ánh sáng ứng dụng dạy học vật lý trung học phổ thơng 2.1 Xây dựng thí nghiệm khảo sát tính chất hạt ánh sáng 2.2 Ứng