A) MỤC TIÊU
- Rèn kĩ năng sử dụng các thiết bị: tế bào quang điện, chiết áp, nguồn điện, kính lọc sắc, đồng hồ đo điện…
- Tiến hành được thí nghiệm biểu diễn nghiên cứu hiện tượng quang điện ngoài.
- Vận dụng được những kiến thức đã học trong học phần Lí luận dạy học vật lí để xác định được thí nghiệm cần tiến hành, hình thức và phương án tiến hành thí nghiệm.
- Rèn kĩ năng sử dụng phối hợp các phương pháp dạy học trong quá trình tập giảng đoạn bài học.
B) NỘI DUNG
1. Thí nghiệm 1. Khảo sát điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện ngoài. 1.1. Mục đích của thí nghiệm
- Khảo sát điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện ngoài. 1.2. Cơ sở lí thuyết
- Hiện tượng quang điện ngoài là hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại. - Hiện tượng quang điện ngoài chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện của kim loại λ ≤ λ0.
1.3. Hướng dẫn thực hành
a. Dụng cụ thí nghiệm
- Tế bào quang điện chân không có catot phủ chất nhạy quang Sb – Ce, được đặt trong hộp che sáng (1).
- Hộp chỉ có một lỗ nhỏ để ánh sáng từ đèn 220V – 32W (2) chiếu vào. Độ sáng của đèn có thể được điều chỉnh nhờ chiết áp (3).
- Hộp chân đế có nguồn điện một chiều 0 0 100V /100mA÷ có thể thay đổi được độ lớn nhờ chiết áp (6).
- Ô mở hứng ánh sáng của hộp (1) có khe để lắp tấm nhựa màu đen, kính lọc sắc màu đỏ, kính lọc sắc màu lục và kính lọc sắc màu lam.
- Đồng hồ đo điện đa năng hiện số hoặc Ampe kế (4) để đo cường độ dòng điện và đồng hồ đo điện đa năng hiện số hoặc Vôn kế (5) để đo điện áp đặt vào tế bào quang điện.
b. Tiến trình thí nghiệm
- Lắp tấm nhựa màu đen vào khe ở
hộp (1) để ánh sáng từ đèn (2) không chiếu vào tế bào quang điện.
- Nối đồng hồ (5) ở thang đo DCV 200V và đồng hồ (4) ở thang đo DCA 2mA vào tế bào quang điện để đo hiệu điện thế
1
2 6
4 5
Hình 20. Thí nghiệm khảo sát hiện tượng quang điện ngoài
UAK và cường độ dòng quang điện I. (có thể sử dụng am pe kế và thay thế cho các đồng hồ đo điện).
- Vặn chiết áp (6) để UAK tăng dần từ 0 đến khoảng 90V sẽ thấy đồng hồ đo I luôn hiện số 0 tức là không có dòng điện chạy qua tế bào quang điện mặc dù có điện trường giữa anot và katot của tế bào quang điện.
- Nhấc tấm nhựa màu đen ra khỏi khe ở hộp (1) để ánh sáng từ đèn chiếu vào tế bào quang điện thì có dòng điện chạy qua tế bào quang điện.
- Lần lượt lắp kính lọc sắc màu đỏ, màu lục, màu lam vào khe ở hộp (1) cho ánh sáng từ đèn (2) chiếu vào tế bào quang điện và tăng dần UAK từ 0 đến khoảng 90V thì thấy: không có dòng điện khi chiếu vào nó ánh sáng màu đỏ và có dòng điện khi chiếu vào tế bào quang điện ánh sáng màu lục, màu lam (cần đổi thang đo dòng quang điện sang DCA 100mA). Từ đó rút ra kết luận về điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện ngoài.
2. Thí nghiệm 2. Khảo sát sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện I vào hiệu điện thế UAK giữa anot và katot của tế bào quang điện và sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện bão hòa vào cường độ ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện.
2.1. Mục đích của thí nghiệm
Khảo sát sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện vào hiệu điện thế đặt vào tế bào quang điện, từ đó vẽ được đặc tuyến vôn – ampe của tế bào quang điện và khảo sát sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện bão hòa vào cường độ ánh sáng chiếu vào quang điện.
2.2. Cơ sở lí thuyết
- Đối với mỗi ánh sáng thích hợp, cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích.
- Với một chùm sáng đơn sắc có λ ≤ λ0 và có cường độ sáng nhất định, đặc tuyến vôn – ampe của tế bào quang điện có dạng là một đường cong phi tuyến.
2.3. Hướng dẫn thực hành
a. Dụng cụ thí nghiệm
Dụng cụ thí nghiệm như hình 20.
b. Tiến trình thí nghiệm
- Cho ánh sáng từ đèn (2) chiếu trực tiếp, không qua kính lọc sắc vào tế bào quang điện
và tăng UAK từ 0 đến khoảng 90V, mỗi lần tăng khoảng từ 2V đến 5V. Đọc các cặp giá trị I – U trên các đồng hồ.
- Lập bảng, vẽ đường đặc tuyến vôn – ampe của tế bào quang điện và nhận xét về dạng của đồ thị. - Đặt vào anot và katot của tế bào quang điện một hiệu điện thế ngược (UAK<0) bằng cách nối anot với cực âm và katot với cực dương của nguồn điện, tăng dần U ngược đến giá trị Uh (hiệu điện thế hãm) để I = 0.
- Lặp lại các bước thí nghiệm trên với cường độ ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện có cường độ lớn hơn. Rút ra nhận xét về dạng đường đặc trưng vôn – ampe.
3. Nội dung báo cáo
KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI
Họ và tên:...Lớp:...Nhóm:... Ngày làm thực hành:...
1. Mục đích
2. Tóm tắt lí thuyết 3. Kết quả thí nghiệm
- Tiến hành thí nghiệm 1 và rút ra kết luận về điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện với tế bào quang điện Sb – Ce và các kim loại nói chung.
Bảng 1. Sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện vào hiệu điện thế UAK
Công suất của nguồn P1
Lần đo UAK I
1 2 ... Trung bình
- Vẽ đường đặc trưng vôn – ampe của tế bào quang điện. Xác định cường độ dòng quang điện bão hòa Ibh1 và hiệu điện thế U1 bắt đầu gây bão hòa dòng quang điện.
Bảng 2. Xác định hiệu điện thế hãm dòng quang điện
Lần đo Uh I
1 2 ... Trung bình
Bảng 3. Khảo sát sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện vào cường độ của chùm ánh sáng chiếu tới
Công suất của đèn P2>P1
Lần đo UAK I
1 2 ... Trung bình
- Vẽ đường đặc trưng vôn – ampe của tế bào quang điện ứng với công suất đèn là P2 trên cùng một đồ thị với trường hợp công suất đèn là P1. Xác định cường độ dòng quang điện bão hòa Ibh2 và hiệu điện thế U2 bắt đầu gây bão hòa dòng quang điện.
- Nhận xét về dạng đường đặc trưng vôn – ampe và so sánh giá trị của Ibh1 với Ibh2, U1 với U2. 4. Trả lời câu hỏi
- Trả lời các câu hỏi 1, 2, 3 trang 46.
C) TÀI LIỆU HỌC TẬP
1. Nguyễn Xuân Thành, Giáo trình hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lí phổ thông, giáo
trình điện tử của khoa Vật lí, trường đại học sư phạm Hà Nội.
2. Sách giáo khoa Vật lí lớp 12, NXB giáo dục.
3. Nguyễn Sỹ Đức (chủ biên) - Nguyễn Ngọc Hưng - Đặng Thị Oanh - Dương Tiến Sĩ, Lắp
đặt, sử dụng, bảo quản, bảo dưỡng các thiết bị dạy học ở trường THPT, NXB Giáo dục Việt
Nam, Hà Nội, 2009.
D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN
2. Tại sao khi hiệu điện thế UAK nhỏ hơn hiệu điện thế gây bão hòa thì không phải mọi electron đều tới được anot?
3. Soạn giáo án đoạn bài học có sử dụng các thí nghiệm trên trong bài: “Bài 43. Hiện tượng quang điện ngoài. Các định luật quang điện” (SGK vật lí 12 nâng cao).
TÀI LIỆU THAM KHẢO