8. Các chữ viết tắt trong luận văn
4.1.1. Mục tiêu của chương
Trong chương này, ta cần nghiên cứu các vấn đề chính như: Hiện tượng quang điện ngoài. Các định luật quang điện; Thuyết lượng tử ánh sáng. Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng; Hiện tượng quang điện trong. Quang điện trở. Pin quang điện; Sự hấp thụ ánh sáng. Quang phổ hấp thụ; Sự phát quang. Sự phản xạ lọc lựa. Màu sắc các vật; Quang phổ vạch của nguyên tử Hidro; Sơ lược về Laze và vận dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng vật lý có liên quan và giải thích được các bài tập của chương. Qua chương này, HS cần:
Trình bày được thí nghiệm Héc về hiện tượng quang điện ngoài và nêu được hiện tượng quang điện là gì.
Phát biểu được ba định luật quang điện.
Nêu được nội dung cơ bản của thuyết lượng tử ánh sáng và viết được công thức Anh-xtanh về hiện tượng quang điện ngoài.
Nêu được ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt.
Nêu được hiện tượng quang dẫn là gì và giải thích được hiện tượng này bằng thuyết lượng tử ánh sáng.
Nêu được hiện tượng quang điện trong là gì và một số đặc điểm cơ bản của hiện tượng này.
Nêu được quang điện trở là gì.
Nêu được pin quang điện là gì, nguyên tắc cấu tạo và giải thích quá trình tạo thành hiệu điện thế giữa hai cựa của pin quang điện.
Nêu được hiện tượng hấp thụ ánh sáng là gì và phát biểu được định luật hấp thụ ánh sáng.
Nêu được quang phổ hấp thụ cảu một chất là gì, các đặc điểm, công dụng của quang phổ hấp thụ và cách thu quang phổ đó.
Nêu được phản xạ lọc lựa là gì.
Phát biểu được định luật Stốc về sự phát quang.
Mô tả được các dãy quang phổ vạch của nguyên tử Hidro và nêu được cơ chế tạo thành các dãy quang phổ vạch phát xạ và hấp thụ của nguyên tử này.
Trang 60
Vận dụng được thuyết lượng tử ánh sáng để giải thích ba định luật quang điện Giải được các bài tập về hiện tượng quang điện
Giải thích được tại sao các vật có màu sắc khác nhau. 4.1.2. Sơ đồ cấu trúc nội dung và nhận xét.
a. Sơ đồ cấu trúc nội dung của chương:
Nhận xét:
Thuyết lượng tử ánh sáng.
- Thuyết lượng tử năng lượng của Plăng. - Thuyết lượng tử ánh sáng.
Lưỡng tính sóng-hạt của ánh sáng. Bài tập về hiện tượng quang điện
Hiện tượng quang điện trong. Quang điện trở và pin quang điện.
- Hiện tượng quang điện trong. - Hiện tượng quang dẫn.
- Quang điện trở và pin quang điện.
Mẫu nguyên tử Bo
- Tiên đề về trạng thái dừng.
- Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử.
Quang phổ vạch của nguyên tử Hiđrô
Sự phát quang
- Hiện tượng phát quang.
- Các dạng phát quang: lân quang và huỳnh quang. - Định luật Xtôc về sự phát quang
Sơ lược về Laze Hiện tượng quang điện ngoài. Các định luật quang điện.
Hấp thụ và phản xạ lọc lựa ánh sáng Màu sắc các vật
- Định luật về sự hấp thụ ánh sáng. - Hấp thụ lọc lựa.
Trang 61 b. Nhận xét:
Ở chương trước, khi giải thích các hiện tượng quang học các em đã biết ánh sáng chính là sóng điện từ. Ở chương này, các em lại thấy chùm sáng là một chùm các hạt phôtôn. Từ đó, ta thấy ánh sáng có lưỡng tính sóng-hạt. Các em sẽ giải thích các hiện tượng như hiện tượng quang điện, hiện tượng quang dẫn, sự tạo thành quang phổ vạch, hoạt động của Laze,…
Nội dung chương lượng tử ánh sáng khá trừu tượng, bên cạnh đó, điều kiện phòng TN ở trường phổ thông không thể tiến hành khảo sát định lượng. Do đó, ta chỉ có thể khảo sát hiện tượng từ một số kết quả TN đã có sẵn, nói như thế không có nghĩa là GV sẽ tự làm, mà GV sẽ phải hướng dẫn, giúp HS tự chiếm lĩnh kiến thức.
Các bài học trong chương đa số viết theo hình thức thông báo kiến thức, bên cạnh đó, vẫn có các bài viết theo PPTN như: Bài 43: Hiện tượng quang điện ngoài. Các định luật quang điện và Bài 46: Hiện tượng quang điện trong. Quang điện trở và pin quang điện. Viết theo PPMH như Bài 44: Thuyết lượng tử ánh sáng. Lưỡng tính sóng-hạt của ánh sáng.
4.2. THIẾT KẾ GIÁO ÁN MỘT SỐ BÀI HỌC TRONG CHƯƠNG
Bài 43: Hiện tượng quang điện ngoài. Các định luật quang điện. Bài 44: Thuyết lượng tử ánh sáng. Lưỡng tính sóng-hạt của ánh sáng. Bài 46: Hiện tượng quang điện trong. Quang điện trở và pin quang điện. Bài 48: Hấp thụ và phản xạ lọc lựa ánh sáng. Màu sắc các vật.
Trang 62
BÀI 43: HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI. CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN
I. Mục tiêu 1.Kiến thức
- Nêu được các khái niệm: hiện tượng quang điện ngoài, quang electron, dòng quang điện, giới hạn quang điện, dòng quang điện bão hòa, hiệu điện thế hãm.
- Nêu được nội dung và nhận xét được kết quả TN khảo sát định lượng hiện tượng quang điện.
- Phát biểu được các hiện tượng quang điện.
2. Kỹ năng
- Rèn luyện kỹ năng học tập VL.
- Vận dụng giải thích được các hiện tượng VL trong đời sống. - Vận dụng giải các bài tập về hiện tượng quang điện.
II. Chuẩn bị 1. Giáo viên
Kiến thức và dụng cụ
- Bố trí TN khảo sát định lượng hiện tượng quang điện theo sơ đồ hình 43.3. - Bảng vẽ sẵn hình 43.1 và 43.3.
- Xem lại kiến thức về dòng điện trong các môi trường và đặc trưng Vôn-Ampe. - Xem lại thuyết điện từ về ánh sáng.
Phiếu học tập
Câu 1: Để gây được hiệu ứng quang điện, bức xạ rọi vào kim loại được thỏa mãn điều
kiện nào sau đây?
A. Tần số lớn hơn giới hạn quang điện. B. Tần số nhỏ hơn giới hạn quang điện. C.Bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện. D.Bước sóng lớn hơn giới hạn quang điện.
Câu 2: Trường hợp nào được gọi là electron quang điện?
A. Electron bật ra từ kim loại khi bị đốt nóng B. Electron trong dây dẫn.
C. Electron bật ra khỏi catôt của tế bào quang điện.
Trang 63
Câu 3: Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là:
A. Bước sóng của ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại gây ra hiện tượng quang điện.
B. Công thoát của các electron ở bề mặt kim loại đó.
C. Bước sóng giới hạn của ánh sáng kích thích để gây ra hiện tượng quang điện đối với kim loại đó.
D. Hiệu điện thế hãm.
Câu 4: Cường độ dòng quang điện đạt đến giá trị bão hòa khi:
A. Tất cả các electron bật ra từ catôt khi catôt được chiếu sáng đều đi về được anôt. B. Tất cả các electron bật ra từ catôt khi catôt được chiếu sáng đều quay trở về được catôt.
C. Có sự cân bằng giữa số electron bật ra từ catôt và số electron bị hút quay trở lại catôt.
D. Số electron đi về được catôt không đổi theo thời gian.
Câu 5: Trong thí nghiệm với tế bào quang điện. Hiệu điện thế hãm để triệt tiêu dòng
quang điện có độ lớn là 1,8V, vận tốc ban đầu cực đại của quang electron là: A. Vomax = 0,63.106 m/s B. Vomax = 0,795.106 m/s C. Vomax = 0,63.104 m/s D. Vomax = 0,795.104 m/s Đáp án phiếu học tập: Câu 1: C Câu 2: C Câu 3: C Câu 4: A Câu 5: B
Dự kiến nội dung ghi bảng
1. Hiện tượng quang điện ngoài a. Thí nghiệm Héc (SGK).
Nhận xét: Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn thích hợp vào tấm kẽm, có hiện tượng electron từ mạt tấm kẽm bật ra ngoài.
Trang 64
2. Thí nghiệm khảo sát định lượng hiện tượng quang điện a. Thí nghiệm (SGK).
b. Kết quả và nhận xét:
- Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào catôt có
0
(0 gọi là giới hạn quang điện của catôt).
- Với một tế bào quang điện, tồn tại một hiệu điện thế hãm để triệt tiêu dòng quang điện Uh. Giá trị Uh phụ thuộc vào .
- Liên hệ giữa động năng ban đầu cực đại của quang electron và Uh: 2 0max max W 2 d h mv eU
- Cường độ dòng quang điện bão hòa trong một tế bào quang điện tỉ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích.
3. Các định luật quang điện
a. ĐLQĐ 1 (hay ĐL về giới hạn quang điện): 0.
b. ĐLQĐ 2 (hay ĐL về cường độ dòng quang điện bão hòa). c. ĐLQĐ 3 (hay ĐL về động năng cực đại của quang electron):
2 0max max W 2 d h mv eU
phụ thuộc , bản chất kim loại.
2. Học sinh
Ôn lại định lý động năng, khái niệm về công của lực điện trường, khái niệm và cách xác định cường độ dòng điện.
III. Nội dung rèn luyện kỹ năng học tập vật lý cho học sinh
- Cơ hội 1: HS quan sát GV làm TN H.43.2, thảo luận, suy nghĩ và giải thích trình bày ý kiến của mình về các câu hỏi của GV.
-Cơ hội 2: HS quan sát GV làm TN H.43.3, thảo luận và trả lời, giải thích các câu hỏi GV đưa ra.
Trang 65
-Cơ hội 3: Dựa vào các công thức trong bài học và các công thức có kiên quan để làm bài tập vận dụng.
IV. Tiến trình xây dựng kiến thức bài học
Tại sao khi lại gần tấm cửa kính thì 2 tấm cửa kính tự động tách ra, khi vào trong thì 2 cánh cửa kính khép lại?
TN: H.43.1 (SGK)
- Mục đích: Phát hiện hiện tượng quang điện ngoài.
- Dụng cụ: Như H.43.1 (SGK), bao gồm: Tia tử ngoại (hồ quang điện). Tấm kẽm.
Điện nghiệm và tấm thủy tinh không màu.
- Phương án:
Chiếu tia tử ngoại vào tấm kẽm ban đầu tích điện (-). Chiếu tia tử ngoại vào tấm kẽm ban đầu tích điện (+).
- Tiến hành thí nghiệm.
- Kết luận: Hiện tượng quang điện là hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại.
TN: H.43.3 (SGK)
- Mục đích: Nghiên cứu sự phụ thuộc của CĐDĐ vào hiệu điện thế UAK.
- Dụng cụ: Như H.43.3 (SGK), tế bào quang điện:
- Phương án: 0
0: di chuyển con chạy B để chỉnh UAK. Với:
UAK -Uh
-Uh UAK U1
UAK U1
- Tiến hành thí nghiệm.
Ba định luật quang điện:
- ĐL quang điện thứ nhất (hay ĐL về giới hạn quang điện): 0.
- ĐL quang điện thứ hai (hay ĐL về cường độ dòng quang điện bão hòa): Iqd Ias.
- ĐL quang điện thứ ba (hay ĐL về động năng cực đại của quang electron): Wđmax chỉ phụ thuộc vào và bản chất kim loại.
Trang 66
V. Tiến trình hoạt động dạy học
Hoạt động 1(5 phút): Ổn định lớp, đặt vấn đề vào bài mới
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
Trả lời câu hỏi: Cửa mở ra.
Trả lời câu hỏi: Cửa khép lại.
Tiếp nhận nhiệm vụ học tập.
Đặt vấn đề: các em biết tấm cửa kính không? Khi chúng ta đi lại gần thì cửa tấm cửa kính như thế nào?
Nhưng khi mình vào trong tấm cửa kính rồi thì tấm cửa kính sẽ như thế nào?
Người ta nói thiết bị tự động đóng-mở tấm cửa kính hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện, vậy hiện tượng quang điện là gì? Để trả lời câu hỏi đó, chúng ta sẽ cùng nhau nghiên cứu bài 43. Hiện tượng quang điện ngoài. Các định luật quang điện.
Hoạt động 2(10 phút): Tìn hiểu thí nghiệm Héc và hiện tượng quang điện
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
Trả lời câu hỏi: Hồ quang điện.
Trả lời: Hai lá điện nghiệm xòe ra.
Trả lời: Hai lá điện nghiệm cụp bớt lại, chứng tỏ tấm kẽm mất điện tích âm (electron).
+ Nếu không có ánh sáng bước sóng ngắn chiếu vào tấm kẽm, hai lá điện nghiệm không cụp, chứng tỏ tấm kẽm không mất điện tích.
Trả lời: Không có hiện tượng xảy ra.
Hãy nêu tên nguồn phát ra tia tử ngoại?
Nêu TN của Héc (1887). Kết hợp đặt câu hỏi gợi ý:
Khi tích điện âm cho tấm kẽm, hai lá điện nghiệm sẽ như thế nào?
Chiếu chùm ánh sáng hồ quang (có bước sóng ngắn) vào tấm kẽm thì hiện tượng xảy ra thế nào? Hiện tượng đó chứng tỏ điều gì? Nếu chắn chùm hồ quang hoặc dùng các bức xạ có bước sóng dài thì hiện tượng gì xảy ra?
Câu C1: Nếu chiếu tia tử ngoại vào tấm kẽm ban đầu tích điện dương thì hiện tượng sẽ
? ? ? ? ? ? ?
Trang 67
Trả lời: Tương tự như đã xảy ra với tấm kẽm.
Hiện tượng quang điện ngoài là hiện tượng tấm kẽm mất điện tích khi bị chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn. Các electron bị bật ra khỏi bề mặt kim loại khi bị chiếu sáng gọi là
quang electron, hay electron quang điện.
xảy ra như thế nào?
Nếu ta thay tấm kẽm bằng tấm đồng, nhôm…thì các em dự đoán hiện tượng xảy ra như thế nào?
Hiện tượng này gọi là hiện tượng quang điện. Vậy hiện tượng quang điện là gì?
Các electron ở trên được gọi là electron quang điện. Vậy electron quang điện là gì?
Hoạt động 3 (15 phút): Tìm hiểu đặc trưng Vôn-Ampe của tế bào quang điện
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
Xuất hiện do hiện tượng quang
điện.
+ Lắng nghe, quan sát tranh.
Trả lời: Dòng điện xuất hiện do hiện tượng quang điện.
Trả lời: Khi chiếu sáng có bước sóng 0.
Khi 0 UAK U1: UAK tăng thì I tăng, vì dưới tác dụng lực điện trường, số quang electron tới anôt trong một đơn vị thời gian tăng lên theo UAK (không theo định luật Ôm).
Giới thiệu sơ đồ TN (H43.3) và cấu tạo của
tế bào quang điện.
+ Vai trò của từng loại dụng cụ trong sơ đồ TN + Mục đích TN là nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện vào hiệu điện thế UAK.
Tại sao dòng điện xuất hiện trong mạch là dòng quang điện?
Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào catôt thỏa mãn điều kiện nào?
Khi 0 UAK U1: I phụ thuộc vào UAK như thế nào? Hãy nhận xét về sự phụ thuộc của I vào UAK? ? ? ? ? ? ?
Trang 68 Khi U1 UAK: Mặc dù UAK tăng
nhưng cường độ dòng điện không tăng (Ibh), vì mọi quang electron đều về hết anôt.
Khi UAK -Uh thì dòng quang điện bị triệt tiêu hoàn toàn, vì mọi quang electron bật ra khỏi catôt dưới tác dụng lực điện trường đều không đến được anôt. HS trả lời: Wđ = Anl A = qU + 2 0max max W 2 d h mv eU
+ Cường độ dòng quang điện bão hòa tăng.
Khi U1 UAK: I phụ thuộc vào UAK như thế nào? Hãy nhận xét về sự phụ thuộc của I vào UAK?
Khi UAK -Uh, I như thế nào?
Nêu định lý động năng và biểu thức công của lực điện trường?
Hãy tìm mối liên hệ giữa động năng ban đầu cực đại của quang electron và hiệu điện thế hãm?
Thông báo kết quả TN với một tế bào quang điện.
Giữ nguyên , nhưng tăng cường độ chùm sáng kích thích thì kết quả cường độ dòng quang điện bão hòa trong một tế bào quang điện như thế nào?
Hoạt động 4 (10 phút): Tìm hiểu nội dung các định luật quang điện
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
Trả lời câu hỏi: 0.
Trả lời: Electron quang điện. Khác nhau. 2 0max max W 2 d h mv eU
Khi nào có dòng quang điện?
Dòng quang điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt nào?
Động năng của các electron quang điện có đặc điểm gì?
Viết công thức động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện?