Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải bài tập vật lý phần “ Lượng tử ánh sáng”

Trong quá trình trực tiếp giảng dạy ở trường phổ thông qua 6 năm thực dạy tôi thấy rằng để giúp học sinh ôn luyện các bài tập vật lý sơ cấp, chuẩn bị tốt cho các kỳ thi cuối cấp và nhất là kỳ thi tuyển sinh vào các trường đại học, cao đẳng và trong quá trình giảng dạy tôi thấy rằng phần lượng tử ánh sáng là phần rất khó học nhưng rất quan trọng trong quá trình ôn tập và thi cử, tôi đã hệ thống và truyền đạt cho học sinh theo các chủ đề, mỗi chủ đề đều được trình bày lần lượt: Kiến thức cơ bản: Bài tập ví dụ (Nêu các ví dụ điển hình và bài tập mẫu): Bài tập áp dụng (Nêu đầy đủ các bài tập cơ bản và nâng cao).

Trong quá trình giảng dạy các bài tập được phân dạng theo chủ đề toán cơ bản, đặc biệt là các dạng bài tập của phần này tôi luôn cập nhật theo chương trình cải cách giáo dục và các vấn đề thường gặp trong các đề thi tốt nghiệp và các đề thi đại học cao đẳng của bộ giáo dục và đào tạo .

pdf 22 trang Huy Quân 29/03/2025 340
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải bài tập vật lý phần “ Lượng tử ánh sáng”", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải bài tập vật lý phần “ Lượng tử ánh sáng”

Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải bài tập vật lý phần “ Lượng tử ánh sáng”
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 
PHƯƠNG PHÁP GIẢI 
BÀI TẬP VẬT LÝ 
PHẦN “ LƯỢNG TỬ 
ÁNH SÁNG” 
Mục lục : 
 Trang 
A. phần I: đặt vấn đề . 
1. Lời nói đầu .................................................................................................. 2 
2. Thực trạng nghiên cứu .................................................................................. 2 
B. Phần II: Giải quyết vấn đề 
1. Kiến thức cơ bản ........................................................................................... 3 
2. Bài tập ví dụ ................................................................................................... 4 
3. Bài tập áp dụng ............................................................................................. 12 
C. Phần III: Kết luận 
1. Kết quả nghiên cứu ...................................................................................... 12 
2. Kiến nghị - đề xuất .................................................................................... 13 
D. danh mục tài liệu tham khảo 14 
đánh giá của hội đồng khoa học cơ sở ............................................................. 15 
 A .phần I : đặt vấn đề 
 1. lời mở đầu : 
 Trong quá trình trực tiếp giảng dạy ở trường phổ thông qua 6 năm thực dạy tôi 
thấy rằng để giúp học sinh ôn luyện các bài tập vật lý sơ cấp, chuẩn bị tốt cho 
các kỳ thi cuối cấp và nhất là kỳ thi tuyển sinh vào các trường đại học, cao đẳng 
và th cn, trong quá trình giảng dạy tôi thấy rằng phần lượng tử ánh sáng là phần 
rất khó học nhưng rất quan trọng trong quá trình ôn tập và thi cử, tôi đã hệ thống 
và truyền đạt cho học sinh theo các chủ đề, mỗi chủ đề đều được trình bày lần 
lượt : Kiến thức cơ bản : Bài tập ví dụ (Nêu các ví dụ điển hình và bài tập mẫu 
): Bài tập áp dụng (Nêu đầy đủ các bài tập cơ bản và nâng cao ). trong quá trình 
giảng dạy các bài tập được phân dạng theo chủ đề toán cơ bản, đặc biệt là các 
dạng bài tập của phần này tôi luôn cập nhật theo chương trình cải cách giáo dục 
và các vấn đề thường gặp trong các đề thi tốt nghiệp và các đề thi đại học cao 
đẳng của bộ giáo dục và đào tạo . 
 Tất cả các bài tập áp dụng đều có hướng dẫn giải ngắn gọn, chủ yếu làm rõ các 
bước giải cơ bản các phép tính toán và lời giải chi tiết để học sinh có thể tự làm, 
có như vậy học sinh với tích cực tham gia vào quá trình giải toán được nhờ đó 
mà các em hiểu rõ và nhớ lâu hơn ,với cách làm như vậy trong quá trình giảng 
dạy tôi thấy hiệu quả . 
 Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình biên soạn bản sáng kiến kinh 
nghiệm này, nhưng thiếu sót là điều không thể tránh khỏi ,rất mong sự dóng 
góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các em học sinh để bản sáng kiến ngày 
càng hoàn thiện hơn . 
 2. Thực trạng nghiên cứu : 
 Khi giảng dạy tôi thấy rằng học sinh rất bế tắc trong khi học phần lượng tử ánh 
sáng và vật lý hạt nhân ,các em không hình dung các dang bài tập thường gặp và 
phương pháp giải các bài tập đó chính vì lẽ đó mà các em hiểu không rõ bản 
chất của vấn đề nên khi gặp các bài tập phần này các em rất luống cuống trong 
cách giải quyết bài toán .chính vì vậy tôi đã đổi mới phương pháp truyền thụ 
kiến thức cho học sinh để giúp các em học tốt hơn. Từ thực trạng trên nên tôi 
quyết định chọn đề tài này . 
 b. Phần II : giải quyết vấn đề 
 1. Kiến thức cơ bản : 
 a. Khi chiếu một chùm sáng thích hợp (Có bước sóng ngắn ) vào một tấm kim 
loại thì nó làm cho các êlectrôn ở tấm kim loại đó bị bật ra. Đó là hiện tượng 
quang điện. Các êlectrôn bị bật ra gọi là các êlectrôn quang điện ( Quang 
êlectrôn ). 
b. theo thuyết lượng tử, các nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay 
bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà thành từng phần riêng rẽ và đứt quãng. 
Mỗi phần đó mang năng lượng hoàn toàn xác định hf=e , trong đó h là hằng 
số PLăng h = 6,625 .10-34 (js), f là tần số của ánh sáng >Mỗi phần ánh sáng đó 
gọi là lượng tử ánh sáng, hay phôtôn >Như vậy ánh sáng được coi như một 
chùm hạt các phôtôn . 
 c. Các định luật quang điện 
 Định luật quang điện thứ nhất: Đối với mỗi kim loại hiện tượng quang 
điện chỉ sảy ra khi bước sóng l của ánh sáng kích thích chiếu vào nhỏ hơn giới 
hạn quang điện l 0 của kim loại đó . 
l <=l 0 với l 0 = 
A
hc ( A là công thoát của êlectrôn , c là vận tốc ánh sáng ) 
 Định luật quang điện thứ hai : Cường độ dòng quang điện bão hoà tỷ lệ 
thuận với cường độ chùm sáng kích thích . 
 Định luật quang điện thứ ba: Động năng cực đại của các êlectrôn không 
phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích, mà chỉ phụ thuộc vào bước 
sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại dùng làm ca tốt 
 d. Công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện 
2
2
oMaxmvA
hc
hf +==
l
 Muốn cho dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn thì hiệu điện thế giữa anốt và 
ca tốt phải đạt đến một giá trị –Uh nào đó : Uh được gọi là hiệu điện thế hãm 
eUh = 
2
2
max0mv ( e = 1,6 .10-19 (C) , me = 9,1.10
-31 (kg) 
 Hiệu suất của hiện tượng quang điện (Hiệu suất lượng tử ) 
H=số êlectrôn bật ra từ kim loại (ca tốt )/ số phôtôn tới kim loại 
 Cường độ dòng quang điện bão hoà : Ibh = n.e 
(Với n là êléc trôn bị bật ra khỏi catốt mỗi dây . 
 e. Bước sóng nhỏ nhất của tia RơnGhen (Tia X) phát ra từ một ống RơnGhen : 
minll ³x với 
Ò
=
W
hc
¦min
l 
Wđ = 
2
2
0mv =e Uh , Uh là hiệu điện thế hãm giữa hai cực của ống Rơn Ghen 
 g. Mẫu nguyên tử Bo : 
 Hai tiên đề Bo 
 *. Nguyên tử chỉ tồn tại trong những trạng thái có năng lượng hoàn toàn xác 
định E1 ,E2 ,... gọi là các trạng thái dừng.Trong các trạng thái rừng nguyên tử 
không bức xạ. Bình thường nguyên tử ở trạng thái cơ bản năng lượng thấp nhất . 
*. Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái rừng có năng lượng Em sang trạng thái 
rừng En (Với Em > En thì nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng đúng 
bằng hiệu Em – En = mnhf=e : Với fmn là tần số của sóng ánh sáng ứng với 
phôtôn đó . 
 Ngược lại nếu nguyên tử đang ở mức năng lượng En thấp mà hấp thụ một 
phôtôn có năng lượng hfmn = Em – E n thì chuyển về mứ năng lượng Em cao hơn . 
* Quang phổ vạch của nguyên tử Hđrô: Gồm nhiều dãy vạch tách rời nhau 
hfmn hfmn 
Em 
En 
Trong vùng tử ngoại có dãy laiman, kế tiếp là dãy Banme trong vùng ánh sáng 
nhìn thấy, dãy thứ ba trong vùng hồng ngoại là dãy Pasen . 
 b. bài tập ví dụ 
 1.Ví dụ 1 : chiếu một bức xạ có bước sóng l= 0,18 mm vào bản âm cực của 
một tế bào quang điện. Kim loại dùng làm âm cực có giới hạn quang điện 
l0 =0,3 mm . 
 a. Tìm công thoát của điện tử khỏi tấm kim loại . 
 b. tìm vận tốc ban đầu cực đại của quang điện tử . 
 c. để cho tất cả các quang điện tử đều bị giữ lại ở đối âm cực thì hiệu điện thế 
hãm phải bằng bao nhiêu? cho h= 6,625.10-34(js) ; me = 9,1.10-31 (kg) ; 
 e=1,6.10-19 (C) c=3.108 (m/s) . 
 Giải 
 a. Công thoát của êlectrôn khỏi kim loại : 
A= 
0l
hc =
6
834
10.30,0
10.3.10.625,6
-
-
 = 6,625 .10-19(J) =4,14( eV) . 
 b. áp dụng công thức anh xtanh : 
2
·0
2
mmvA
hc
hf +==
l
=
0l
hc + 
2
2
max0mv Þ v0ma x = 
0
11
(
2
ll
-
m
hc ) 
v0 ma x = )
10.3,0
1
10.18,0
1
(
10.1,9
10.3.10.625,6.2
6631
834
---
-
- 
®Uh = 619
834
10.18,0
1
(
10.6,1
10.3.10.625,6
--
-
- )
10.30,0
1
6-
® Uh =2,76 (V). 
 Để tất cả các electrôn quang điện đều bị giữ lại ở âm cực thì hiệu điện thế 
hãm ít nhất phải bằng 2,76 (V) . 
 2.Ví dụ 2 : Chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng l =0,546 mm lên mặt dùng 
làm catốt của một tế bào quang điện, thu được dòng bão hoà có cường độ i0 =2 
(mA). Công suất của bức xạ điện từ là P =1,515 (W) . 
 1/ tìm tỷ số giữa các êlectrôn quang điện thoát ra khỏi bề mặt kim loại và số 
phô tôn rọi đến . 
 2/ Giả sử các êlectrôn quang điện được tách ra bằng màn chắn để lấy một 
chùm hẹp hướng vào một từ trường đều có cảm ứng từ B=10-4 (T) sao cho 
B
r
vuông góc với phương ban đầu của eléc trôn. Biết quỹ của êlectrôn có bán 
kính cực đại là r = 23,32 mm . 
 a. Xác định vận tốc ban đầu. cực đại của êlectrôn quang điện theo các số liệu 
trên . 
 b. tính giới hạn quang điện của kim loại làm catốt . 
 Giải : 
 1/ Năng lượng của mỗi phô tôn trong chùm là: Do đó hiệu suất lượng tử là 
l
e hc= =
19
834
10.546,0
10.3.10.625,6
-
-
 =3,64 .10-19 (J) 
 Số phô tôn tới mặt kim loại trong một giây là : 
 N =
e
P = 
1910.64,3
515,1
-
= 4,5 .108 hạt /s. 
 Kí hiệu n là số êlectrôn quang điện thoát ra khỏi mặt kim loại trong 1 giây, ta 
có : 
 n = 
e
i0 =
19
3
10.6,1
10.2
-
-
 = 1,25 .1016 hạt /s. 
Do đó hiệu suất lượng tử là . 
 H = n/N =
18
6
10.2,4
10.25,1 =0,3 .10-2 . 
 2/ Electrôn chuyển động trong từ trường chịu tác dụng của lực Lo ren xơ F 
=evB (do vận tốc vr vuông góc với cảm ứng từ Br ), khi đó quỹ đạo của 
electrôn 
là đường tròn bán kính R và lực gây ra gia tốc hướng tâm là lực hướng tâm. áp 
dụng định luật hai Niutơn ta có : 
r
mv2 =evB . Suy ra v
m
eBr
= . 
 Biết bán kính cực đại r của êlectrôn, ta tìm được vận tốc ban đầu cực đại của 
êlectrôn: 
V0 ma x =
m
eBr =
31
3419
10.1,9
10.32,2310.10.6,1
-
---
 =4,1.105 (m/s) . 
b/ áp dụng công thức Anh xtanh : 
2
·0
2
mmvA
hc
hf +==
l
 . 
 Ta được : 
 A = e - 
2
2
0 amxmv ® A = 3,64.10-19- 
2
)10.1,4(10.1,9 531- = 2,88 .10-19 =1,8( eV) . 
 Giới hạn quang điện của kim loại làm ca tốt : 
l0 =
A
hc =
19
834
10.88,2
10.3.10.625,6
-
-
»0,690 mm . 
 3. Ví dụ 3 : Công thoát elec trôn khỏi đồng là 4,57 ( eV) . 
 a. Tính giới hạn quang điện của đồng ? 
 b. Khi chiếu bức xạ có bước sóng l =0,14 mm vào một quả cầu bằng đồng đặt 
xa các vật khác thì quả cầu được tích điện đến hiệu điện thế là bao nhiêu ? Vận 
tốc ban đầu cực đại của quang elec trôn là bao nhiêu ? 
 c. Chiếu một bức xạ điện từ vào một quả cầu bằng đồng đặt xa các vật khác thì 
quả cầu đạt được điện thế cực đại là 3 V. Hãy tính bước sóng của bức xạ và vận 
tốc ban đầu cực đại của quang elec trôn ? 
 cho h = 6,625.10-34 (Js) ; c = 3.108 (m/s) ; me 9,1.10
-31(kg) ; 
 e = 1,6.10-19( C) . 
 G

File đính kèm:

  • pdfsang_kien_kinh_nghiem_phuong_phap_giai_bai_tap_vat_ly_phan_l.pdf