SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LÊ HOÀN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIÚP HỌC SINH PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TƯ DUY VÀ HOÀN THIỆN KĨ NĂNG GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN VỀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI Người thực hiện: Nguyễn Văn Quyền Chức vụ: Tổ phó SKKN thuộc lĩnh vực: Vật lí THANH HOÁ NĂM 2016 Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện Mục lục Trang Phần I ĐẶT VẤN ĐỀ I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phần II NỘI DUNG I CƠ SỞ LÍ LUẬN Lí luận dạy học vật lí Cơ sở lí thuyết II THỰC TRẠNG III GIẢI PHÁP Dạng toán áp dụng công thức tượng quang điện Bài toán cường độ dòng quang điện, công suất chùm sáng hiệu 6 suất lượng tử Bài toán chuyển động electron quang điện điện trường từ 10 trường Bài toán tia X 15 IV HIỆU QUẢ 17 Phần III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN 19 II KIẾN NGHỊ 19 Tài liệu tham khảo 20 Phần II ĐẶT VẤN ĐỀ Lí chọn đề tài Vật lí môn học tự nhiên gắn liền với tượng thực tế xảy sống ngày, kiến thức Vật lí với học sinh trừu tượng khó Phần khó tập tập Vật lí đa dạng phong phú Lượng tập sách giáo khoa sách tập Vật lí chưa đủ đáp ứng với nhu cầu tuyển sinh đại học thi học sinh giỏi học sinh Để đáp ứng với nhu cầu thực tế trên, giáo viên dạy môn Vật lí cần tìm phương pháp tốt nhất, cung cấp kiến thức cần thiết nhằm tạo cho học sinh niềm say mê, yêu thích môn học này, khắc phục hạn chế cho học sinh giúp học Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện sinh hiểu rõ tượng Vật lí thu kết cao kì thi Cụ thể giúp học sinh nắm lí thuyết, hiểu sâu nội dung định luật Vật lí, từ phân loại dạng tập hướng dẫn giải chi tiết dạng điều cần thiết Trong năm gần đây, môn Vật lí số môn học Bộ Giáo dục Đào tạo chọn hình thức thi theo phương pháp trắc nghiệm khách quan Với hình thức thi này, thời gian dành cho câu hỏi tập ngắn, trung bình khoảng 1,7 phút Nếu học sinh không cung cấp công thức tổng quát công thức hệ dạng tập để tìm kết nhanh đủ thời gian để hoàn thành tốt thi Các câu tập đề thi môn Vật lí năm gần ngày dài khó hơn, năm sau khó năm trước kể từ thay sách giáo khoa lớp 12 năm học 2008-2009 đến năm học 2015-2016 năm thầy trò bị choáng ngợp với đa dạng phong phú hình thức trắc nghiệm Hơn nữa, yêu cầu xã hội ngày cao nên nội dung đề thi phải đáp ứng sàng lọc phân hóa rõ nét, yêu cầu kiến thức ngày cao tất yếu Hiện tượng quang điện toán thường gặp đề kiểm tra định kì đề thi quốc gia Chương trình sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao đề cập đến vấn đề như: Năng lượng phôtôn ánh sáng; công thức Anhxtanh quang điện ngoài; hiệu điện hãm để triệt tiêu dòng quang điện Trong toán đề thi quang điện phát triển đa dạng nhiều, để làm tốt yêu cầu học sinh phải vận dụng tốt kiến thức học lớp10 lớp 11 Trong thực tế giảng dạy tìm hiểu trình học tập học sinh nhận thấy đa số học sinh gặp nhiều khó khăn giải toán mở rộng tượng quang điện Vì lý trên, để giúp em học sinh có đựơc nhận thức đầy đủ tượng giúp em giải toán khó quang điện cách nhanh nhất, nghiên cứu tài liệu tham khảo sách tập để đưa số phương pháp giải nhanh số dạng tập phần này, đặc biệt toán nâng cao chuyển động electron quang điện điện trường từ trường; toán tia X Phương pháp giúp em rèn luyện kĩ giải nhanh số tập trắc nghiệm, tự luận kiểm tra định kỳ làm hành trang cho em bước vào kỳ thi THPT quốc gia tới Mục đích nghiên cứu SKKN tập trung phân loại dạng tập cách có hệ thống, đề xuất phương pháp giải nhanh dạng toán nhằm giúp học sinh tiếp cận dễ dàng, logic khắc sâu chuyên đề Hiện tượng quang điện ngoài, đáp ứng tốt yêu cầu thi trắc nghiệm THPT Quốc gia luyện thi học sinh giỏi Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện Trong đề tài đưa số dạng toán thường gặp sau đây: Dạng Bài toán áp dụng công thức tượng quang điện Dạng Bài toán cường độ dòng quang điện, công suất chùm sáng hiệu suất lượng tử Dạng Bài toán chuyển động electron quang điện điện trường từ trường Dạng Bài toán tia X (tia Rơnghen) Đối tượng nghiên cứu Thông qua SKKN này, tác giả tập trung xây dựng, phân loại, hệ thống kiến thức dạng toán tượng quang điện ngoài, đặc biệt dạng toán nâng cao hay khó Phương pháp nghiên cứu Khi tiến hành nghiên cức đề tài sử dụng phương pháp: - Phương pháp điều tra khảo sát học sinh khối 12 học vận dụng kiến thức tượng quang điện kì thi - Trên có sở thông kê sử lý số liệu kết học sinh - Xây dựng sở lý thuyết tượng, xây dựng dạng toán phương pháp giải - Áp dụng cho học sinh khối 12 học theo phương pháp đề tài đánh giá kết Phần II NỘI DUNG I Cơ sở lí luận Lý luận dạy học Vật lí Bộ môn Vật lí đưa vào giảng dạy nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức phổ thông, bản, có hệ thống toàn diện Vật lí Hệ thống kiến thức phải thiết thực gắn liền với ứng dụng Vật lí đời sống kỹ thuật, có tính tổng hợp đặc biệt phải phù hợp với quan điểm phát triển Vật lí đại Để học sinh hiểu Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện cách sâu sắc kiến thức áp dụng kiến thức vào thực tiễn sống cần phải rèn luyện cho học sinh kỹ năng, kỹ xảo thực hành như: Kỹ kỹ xảo giải tập, kỹ đo lường, quan sát Bài tập Vật lí với tư cách phương pháp dạy học, có ý nghĩa quan trọng việc thực nhiệm vụ dạy học Vật lí nhà trường phổ thông Thông qua việc giải tốt tập Vật lí học sinh có kỹ so sánh, phân tích, tổng hợp … góp phần to lớn việc phát triển tư học sinh Đặc biệt tập Vật lí giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ thống vận dụng kiến thức học vào việc giải tình cụ thể, làm cho môn trở nên hấp dẫn, lôi em Cơ sở lí thuyết * Quang điện tượng ánh sáng làm giải phóng electron khỏi bề mặt kim loại * Các công thức tượng quang điện + Công thức lượng phôtôn ánh sáng ε = h f (1) Chú ý: Khi xét môi trường chân không không khí thì: ε = h f = h c λ Khi xét môi trường suốt khác nước, thủy tinh có chiết v suất n > thì: ε = h f = h λ n + Công thức Anhxtanh tượng quang điện ε = A + Wđ (2) + Công thức công thoát A giới hạn quang điện λ0 Maxx A= h.c (3) λ0 +Công thức hiệu điện hãm (hiệu điện để triệt tiêu dòng quang điện) e.U h = Wđ Maxx (4) II THỰC TRẠNG Quang điện kiến thức trọng tâm chương lượng tử Qua khảo sát tác giả nhận thấy sử dụng kiến thức học, đa số học sinh (theo kết Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện điều tra trường 80% giải sai) phận giáo viên lúng túng trước câu hỏi theo hướng "đánh giá lực” hay mức độ vận dụng cao III GIẢI PHÁP Để khắc phục thực trạng trên, Tác giả phân loại dạng tập đề xuất phương pháp giải nhanh: 1.Dạng I Bài toán áp dụng công thức tượng quang điện A Các công thức 1.1> Công thức lượng phôtôn ánh sáng ε = h f (1) Chú ý: Khi xét môi trường chân không không khí thì: ε = h f = h c λ Khi xét môi trường suốt khác nước, thủy tinh có chiết v suất n > thì: ε = h f = h λ n 1.2> Công thức Anhxtanh tượng quang điện ε = A + Wđ (2) 1.3> Công thức công thoát A giới hạn quang điện λ0 Maxx A= h.c (3) λ0 1.4> Công thức hiệu điện hãm (hiệu điện để triệt tiêu dòng quang điện) e.U h = Wđ (4) Chú ý: Giá trị số đơn vị đại lượng thường dùng: + h = 6,625 Js + c = 3.108m/s + µ (m) với 1µm = 10 −6 m ; 1nm = 10 −9 m + A (J) với 1eV = 1,6.10-19J B Bài tập áp dụng Bài Trong chân không, xạ đơn sắc vàng có bước sóng 0,589 µm Lấy h = 6,625.10-34J.s; c=3.108 m/s e = 1,6.10 -19 C Năng lượng phôtôn ứng với xạ có giá trị A 2,11 eV C 4,22 eV C 0,42 eV D 0,21 eV Hướng dẫn: Maxx Ta có: ε = h f = h c 6,625.10 −34.3.10 = ≈ 3,37.10 −19 J ≈ 2,11eV −6 λ 0,589.10 Chọn đáp án: A Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện Bài Chiếu lên bề mặt catôt tế bào quang điện chùm sáng đơn sắc có bước sóng 0,485 μm thấy có tượng quang điện xảy Biết số Plăng h = 6,625.10-34 J.s, vận tốc ánh sáng chân không c = 3.10 m/s, khối lượng nghỉ êlectrôn (êlectron) 9,1.10 -31 kg vận tốc ban đầu cực đại êlectrôn quang điện 4.105 m/s Công thoát êlectrôn kim loại làm catôt A 6,4.10-20 J B 6,4.10-21 J C 3,37.10-18 J D 3,37.10-19 J Hướng dẫn: ε = A + Wđ Maxx hc = A + m.v02Max Ta có: λ hc ⇒ A= − m.v 02Max ≈ 3,37.10 − 19 J λ ⇒ Chọn đáp án: D Bài Lần lượt chiếu vào catôt tế bào quang điện xạ điện từ gồm xạ có bước sóng λ1 = 0,26 μm xạ có bước sóng λ2 = 1,2λ1 vận tốc ban đầu cực đại êlectrôn quang điện bứt từ catôt v v2 với v2 = 3v1/4 Giới hạn quang điện λ0 kim loại làm catôt là: A 1,45 μm B 0,90 μm C 0,42 μm D 1,00 μm Hướng dẫn: Áp dụng công thức: ε = A + Wđ cho hai xạ: Maxx 9  hc  9hc  λ = A + mv1 16λ = 16 A + 16 ⋅ mv1   ⇒   hc = A + mv = A + ⋅ mv  hc = A + ⋅ mv 2 1  λ  λ2 16 16 hc 9.hc 7 hc ⇒ − = A= λ 16λ1 16 16λ0 ⇒ = − 16λ0 λ 16λ1 ⇒ λ0 7λ1λ2 = 0,42 µm 16λ1 − 9λ Chọn đáp án: C Bài Chiếu đồng thời hai xạ có bước sóng 0,452 µm 0,243 µm vào catôt tế bào quang điện Kim loại làm catôt có giới hạn quang điện 0,5 µm Lấy h = 6,625 10 -34 J.s, c = 3.108 m/s me = 9,1.10-31 kg Vận tốc ban đầu cực đại êlectron quang điện A 2,29.104 m/s B 9,24.103 m/s C 9,61.105 m/s D.1,34.106 m/s Hướng dẫn: Vì λ1 = 0,542µm > λ2 = 0,243µm nên vận tốc cực đại e đạt ứng với xạ λ2 Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện Ta có: hc λ2 = hc + mv max ⇒ v max = λ0  1 2hc −  λ λ0 m    ≈ 9,61.10 m / s Chọn đáp án: C Bài Catôt tế bào quang điện làm kim loại có công thoát 2eV, chiếu vào catôt xạ có bước sóng λ = 0,3975µm Cho số Plăng h=6,625.10-34Js, tốc độ ánh sáng chân không c=3.10 8m/s điện tích electron e=-1,6.10-19C Hiệu điện UAK đủ để triệt tiêu dòng quang điện là: A -1,125V B -1,25V C -2,125V D -2,25V Hướng dẫn: Ta có: ⇒ U AK hc = A + Wđ Maxx = A + e.U AK λ  hc  =  − A  ≈ 1,125V eλ  Vậy UAK = -1,125V Chọn đáp án: A Bài Công thoát êlectron kim loại 7,64.10 J Chiếu vào bề mặt kim loại xạ có bước sóng λ1 = 0,18 µm, λ2 = 0,21 µm λ3 = 0,35 µm Lấy h=6,625.10-34 J.s, c = 3.108 m/s Bức xạ gây tượng quang điện kim loại đó? A Hai xạ (λ1 λ2) B Không có xạ ba xạ C Cả ba xạ (λ1, λ2 λ3) D Chỉ có xạ λ1 Hướng dẫn: -19 Ta có: λ0 = hc ≈ 0,26.10 −6 m = 0,26 µm A Vậy λ1 ; λ2 < λ0 nên xạ gây tượng quang điện với kim lại λ1 ; λ2 Chọn đáp án: A Dạng II Bài toán cường độ dòng quang điện, công suất chùm sáng hiệu suất lượng tử A Các công thức 2.1> Công thức cường độ dòng quang điện I = n e (5) (Trong n số electron quang điện đến anôt 1s) Chú ý: Khi dòng quang điện đạt giá trị bão hòa thì: I = n0 e (5/) (Trong n0 số electron quang điện đến anôt 1s số electron bật khỏi catôt 1s) 2.2> Công suất chùm sáng.( Năng lượng chùm sáng đến catôt 1s) Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện P = N ε (6) (Trong N số phôtôn chiếu đến catôt 1s) 2.3> Hiệu suất lượng tử ( Hiệu suất giải phóng electron khỏi catôt) Là tỉ số số electron bật khỏi catôt số phôtôn chiếu đến catôt 1s H= n0 (7) N B Bài tập áp dụng Bài Một nguồn sáng phát ánh sáng đơn sắc có tần số bước sóng λ = 0,3µm Công suất xạ điện từ nguồn 2,5 W Cho số Plăng h=6,625.10-34Js, tốc độ ánh sáng chân không c=3.10 8m/s Số phôtôn mà nguồn phát phút xấp xỉ A 2,26.1020 B 5,8.1018 C 3,8.1020 D 3,24.1019 Hướng dẫn: Ta có: N = p P.λ = ≈ 3,77.1018 ε hc Số phô tôn phát phút là: 60 N ≈ 2,26.10 20 Chọn đáp án: A Bài Khi chiếu xạ có bước sóng λ = 0,41µm vào tế bào quang điện dòng quang điện bão hòa đạt 2mA Biết công suất chùm sáng 3,03W Cho số Plăng h=6,625.10-34Js, tốc độ ánh sáng chân không c=3.108m/s Hiệu suất lượng tử tế bào quang điện có giá trị: A 0,2% B 0,4% C 0,02% D 0,04% Hướng dẫn: I0 e n I h.c Ta có: H = = = ≈ 0,002 = 0,2% Pλ Pλ e N hc Chọn đáp án: A Bài Chiếu chùm xạ đơn sắc có bước sóng 0,2 µm thích hợp vào tế bào quang điện với công suất 3mW Cứ 10000 phôtôn đến catôt có 94 electron bật Cho số Plăng h=6,625.10-34Js, tốc độ ánh sáng chân không c=3.108m/s, điện tích electron -1,6.10 -19C cường độ dòng quang điện 2,25 µA có phần trăm electron đến anôt? A 0,9% B 30% C 50% D 19% Hướng dẫn I Ta có: I = n e ⇒ n = e ( n số e đến anôt) Mà P = Nε ⇒ N = P Pλ = ε hc Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện n0 Pλ ⇒ n0 = N H = H ( số e bật khỏi catôt) N hc n Ihc Vậy: h = n = e PλH ≈ 0,5 = 50% Lại có H = Chọn đáp án: C Bài Một tế bào quang điện chiếu xạ thích hợp điện áp U AK có giá trị định có 30% electron bứt đến anôt Khi cường độ dòng điện 3mA Khi tăng hiệu điện UAK lên cường độ dòng quang điện bão hòa là: A 6mA B 1mA C 9mA D 10mA Hướng dẫn  I = n e I n ⇒ = I n  I = n0 e Ta có  Vậy: I = n0 I = 10mA n Chọn đáp án: C Bài Cho h=6,625.10 Js, c=3.10 m/s, e=-1,6.10 C Chiếu xạ đơn sắc vào catôt cường độ dòng quang điện bão hòa 0,3 µA Biết 200 phôtôn đập vào catôt có electron bật Công suất chùm sáng 207 µm Bước sóng ánh sáng sử dụng là: A 0,3 µm B 0,46 µm C 0,36 µm D 0,4 µm Hướng dẫn -34 -19 I0 e n I hc I hc = ⇒λ = = 0,36.10 m = 0,36 µm Ta có: H = = Pλ Pλ e N PH e hc Chọn đáp án: C 3.Dạng III Bài toán chuyển động electron quang điện điện trường từ trường A Các công thức 3.1 Chuyển động electron quang điện điện trường 3.1.1> Chuyển động điện trường dọc theo đường sức * Theo định lý động electron quang điện chuyển động từ catôt đến Wđ ( A) − Wđ ( K ) = e U AK (8) anôt: * UAK > electron chuyển động nhanh dần từ trường UAK < electron chuyển động chậm dần từ trường UAK = Uh vA=0 10 Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện 3.1.2> Chuyển động điện trường theo phương vuông góc với đường sức Chon hệ trục x0y hình vẽ vị trí electron vào điện trường Phân tích chuyển động làm hai thành phần + Theo 0x chuyển động thẳng với vx=v0 + Theo 0y Chuyển động biến đổi với gia tốc: a = e E eU Fđ = = m m md Phương trình chuyển động điện trường:  x = v0 t a   a.t ⇒ y = x ( Parabol ) 2v y =  Vận tốc thời điểm t: v = v x2 + v 2y = v02 + (a.t ) 3.1.3> Chuyển động điện trường theo phương → * Trường hợp v max hợp với trục 0y góc < α < 90 Phân tích chuyển động làm hai thành phần: Theo 0x: Chuyển động thẳng với vận tốc v0 max sin α Theo 0y: Chuyển động biến đổi với vận tốc bao đầu v0 max cos α gia tốc a = F eU = m md + Phương trình chuyển động: v = (v max sin α ).t a  x + (cot anα ).x  at ⇒ y = 2 v sin α max  y = (v max cos α ).t +  + Thời gian chuyển động y = h ⇒ τ + electron đập vào dương C có tọa độ: v = (v max sin α ).τ   aτ  y = (v max cos α ).τ +  → * Trường hợp v max hợp với trục 0y góc 90 < α < 180 Phân tích chuyển động làm hai thành phần: 11 Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện Theo 0x: Chuyển động thẳng với vận tốc v0 max sin α Theo 0y: Chuyển động biến đổi với vận tốc bao đầu v0 max cos α gia tốc a = F eU = m md + Phương trình chuyển động: v = (v max sin α ).t a  x − (cot anα ).x  at ⇒ y = 2 2v0 max sin α  y = −(v0 max cos α ).t +  + Thời gian chuyển động y = h ⇒ τ v = (v max sin α ).τ  + electron đập vào dương C có tọa độ:  aτ y = − ( v cos α ) τ +  max  → 3.2> Chuyển động electron từ trường với cảm ứng từ B → → 3.2.1> Nếu hướng electron vào từ trường theo hướng v max ⊥ B Khi electron chuyển động tròn từ trường với lực lorenxơ đóng vai trò lực hướng tâm Bán kính quỹ đạo: R = m.v0 max (9) eB 3.2.2> Nếu hướng electron vào từ trường theo → → hướng v max hợp với B góc α * Ta phân tích chuyển động electron làm hai → → → thành phần: v = v // + v ⊥ → * Theo v ⊥ electron chuyển động tròn với bán kính quỹ đạo: R = m.v0 max sin α (10) eB * Theo v // electron chuyển động thẳng với vận tốc: v// = v0max.cos α Do quỹ đạo chuyển động electron đường xoắn ốc → B Bài tập áp dụng Bài (Đề thi HSG Thanh hóa 2015) Hai kim loại phẳng M, N đặt đối diện, song song cách 4cm chân không Công thoát kim loại M A=2,5eV Chiếu đến điểm kim loại M xạ có bước sóng λ = 0,3µm Cho h=6,625.10-34Js, c=3.108m/s, e=-1,6.10-19C, m=9,1.10-31kg a Tính vận tốc ban đầu cực đại electron bật từ M b Đặt M N hiệu điện không đổi U MN=4,55V Hỏi electron cách N khoảng gần bao nhiêu? Hướng dẫn: 12 Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện a Từ công thức: ε = A + Wđ Maxx ⇒ v max =  hc  2 − A  λ  = 7,6.10 m / s m b Chỉ xét electron bay theo phương vuông góc với vận tốc ban đầu cực đại Gọi S quãng đường xa M Áp dụng định lý động năng: S= d m.v 02max = 0,0144m = 1,44cm e U MN Vậy electron cách N gần dmin =4-1,44 = 2,56cm Bài (Đề thi HSG Thanh hóa 2016) Khi chiếu xạ có bước sóng λ = 0,25 µm vào bề mặt catốt tế bào quang điện có giới hạn quang điện λ0 = 0,4 µm tạo dòng quang điện mạch a Tìm hiệu điện hãm để dòng quang điện triệt tiêu b Cho chùm hẹp quang electron có vận tốc ban đầu cực đại bay vào từ trường theo hướng hợp với hướng đường cảm ứng từ góc α = 300 Biết độ lớn cảm ứng từ từ trường B = 10 -4 T Bỏ qua tương tác electron Tìm bán kính cực đại electron từ trường thời gian để electron chuyển động hết vòng Hướng dẫn: a) Hiệu điện hãm làm triệt tiêu dòng quang điện hc hc − Ta có: mv = eU = hc − hc ⇒ U = λ λ = 1,86328V h h λ λ0 1, 6.10 −19 b) Tốc độ cực đại electron quang điện v0 = 2eU h 2.1, 6.10−19.1,86328 = = 809456, m / s me 9,1.10−31 vt = v0 cos α Phân tích: v0 = vt + v n ( vt // B, v n ⊥ B) ⇒  v n = v0 sin α  Thành phần gây chuyển động tròn, Lực Lorentz tác dụng lên electron (có độ lớn f L = e B ) đóng vai trò lực hướng tâm (có độ lớn  Fht = mvn2 R       ), me vn2 me me v0 sin α Tức là: e B = R ⇒ R = e B = e B ≈ 0, 023m ≈ 2,3cm Thời gian cần thiết để electron chuyển động hết vòng tròn là: T= 2π 2π 2π R = = ≈ 3,57.10−7 ( s) v ω v0 sin α n R 13 Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện Bài Chiếu xạ có bước sóng λ = 0,546µm lên mặt kim loại dùng làm catôt tế bào quang điện Các electron quang điện bật tách → chắn để tạo chùm hẹp hướng vào từ trường có cảm ứng từ B vuông góc với vận tốc ban đầu cực đại electron Biết B=10 -4T quỹ đạo electron có bán kính cực đại R=23,32mm a Xác định vận tốc ban đầu cực đại electon b Xác định giới hạn quang điện kim loại làm catôt Hướng dẫn: → → a Vì v max ⊥ B nên electron chuyển động tròn với bán kính quỹ đạo R= e BR m.v max ⇒ v max = = 4,1.10 m / s eB m b Từ công thức: ε = A + Wđ mã ⇒ λ0 = hc hc mv02max ⇔ = + λ λ0 hc = 0,692.10 −6 m = 0,692 µm hc mv0 max − λ *BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬN DỤNG Câu Khi chiếu xạ có bước sóng 400nm catôt tế bào quang điện có công thoát 1,8eV Dùng chắn tách chùm hẹp electron với vận tốc cực đại cho bay từ M đến N điện trường mà có U MN=-20V Cho h=6,625.10-34Js; c=3.108m/s; m=9,1.10-31kg; e=-1,6.10-19C Tốc độ electron N là: A 1,245.106m/s B 1,236.106m/s C 2,67.106m/s D 2,74.106m/s Câu Chiếu xạ thích hợp vào tâm catôt tế bào quang điện electron quang điện bật với vận tốc ban đầu cực đại 7.10 5m/s Biết UAK=1V Coi anôt catôt kim loại phẳng rộng, đặt song song cách 1cm Cho m=9,1.10-31kg; e=-1,6.10-19C Bán kính vùng anôt có electron quang điện đập vào là: A 2,6cm B 2,5cm C 2,4cm D 2,3cm Câu Cho chùm electron quang điện có tốc độ 6.10 m/s hướng vào điện trường dọc theo đường sức từ M đến N với U MN=10V Sau khỏi điện trường tiếp tục bay vào từ trường có B=2.10 -4T theo hướng vuông góc với đường cảm ứng từ Biết m=9,1.10 -31kg; e=-1,6.10-19C Bán kính cực đại electron từ trường là: A 12cm B 5,5cm C 16cm D 10cm Câu Hai kim loại phẳng có độ dài 30cm nằm ngang, song song cách 16cm tạo thành tụ điện phẳng Hiệu điện hai 4,55V 14 Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện Hướng chùm hẹp electron quang điện có tốc độ 10 6m/s theo phương ngang vào hai cách hai Độ lớn vận tốc electron vừa khỏi tụ là: A 1,34 106m/s B 1,6 106m/s C 1,8106m/s D 2,5106m/s Câu Chiếu xạ có bước sóng 533nm lên kim loại có công thoát 3.10 19 J Dùng tách chùm hẹp electron quang điện hướng chúng vào từ trường theo hướng vuông góc với đường cảm ứng từ Biết bán kính cực đại electron từ trường 22,75mm, m=9,1.10 -31kg; e=-1,6.1019 C Bỏ qua tương tác electron Độ lớn cảm ứng từ B là: A 10-3T B 2.10-4T C 2.10-3T D 10-4T ĐÁP ÁN Câu Câu1 Đáp án D Câu2 C Câu3 C Câu4 A Câu5 D 4.Dạng IV Bài toán tia X (tia Rơnghen) A Các công thức 4.1> Động electron trước đập vào đối catôt WđA = Wđ mã + e U AK 4.2> Theo chế tạo tia X, phần lượng chuyển hóa thành nhiệt, phần chuyển hóa thành lượng tia X WđA = Q + ε X 4.3> Căn vào % lượng chuyển hóa ta tính lượng, tần số bước sóng tia X 4.4> Đặc biệt, bỏ qua động ban đầu electron tần số lớn bước sóng nhỏ tia X mà ống phát xác định: ε Max = h f Max = hc = e U AK λ 4.5> Công suất ống tia X: P = UAK.I 4.6> Nhiệt lượng mà chất làm mát nhận được: Q = c.m(t2 - t1) = cm ∆t B Bài tập áp dụng Bài Một ống Rơnghen phát xạ có bước sóng ngắn 6,21.10 – 11 m Biết độ lớn điện tích êlectrôn (êlectron), vận tốc ánh sáng chân không số Plăng 1,6.10 -19C; 3.108m/s; 6,625.10-34 J.s Bỏ qua động ban đầu êlectrôn Hiệu điện anôt catôt ống A 2,00 kV B 2,15 kV C 20,00 kV D 21,15 kV Hướng dẫn: Ta có: hc hc = e U AK ⇒ U AK = ≈ 2.10 V = 20kV λ e λ 15 Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện Chọn đáp án: C Bài Hiệu điện anôt catôt ống Rơnghen 18,75 kV Biết độ lớn điện tích êlectrôn (êlectron), vận tốc ánh sáng chân không số Plăng 1,6.10-19 C, 3.108 m/s 6,625.10-34 J.s Bỏ qua động ban đầu êlectrôn Bước sóng nhỏ tia Rơnghen ống phát A 0,4625.10-9 m B 0,6625.10-10 m C 0,5625.10-10 m D 0,6625.10-9 m Hướng dẫn: hc hc −10 Ta có: λ = e U AK ⇒ λmin = e U = 0,6625.10 m AK Chọn đáp án: B Bài Hiệu điện anôt catôt ống Rơnghen U = 25 kV Coi vận tốc ban đầu chùm êlectrôn (êlectron) phát từ catốt không Biết số Plăng h = 6,625.10-34J.s, điện tích nguyên tố 1,6.10 -19C Tần số lớn tia Rơnghen ống phát A 60,380.1018Hz B 6,038.1015Hz C 60,380.1015Hz D 6,038.1018Hz Hướng dẫn: Ta có: ε max = h f max = e U AK ⇒ f max = e U AK h ≈ 6,038.1018 Hz Chọn đáp án: D Bài Ống tia Rơnghen hoạt động với hiệu điện U phát tia X có bước sóng ngắn λ Để tăng "độ cứng" tia X người ta tăng hiệu điện ống thêm lượng nU Bỏ qua động ban đầu electron, bước sóng ngắn tia X mà ống phát giảm lượng : A (n − 1)λ n B λ n Hướng dẫn: C λ n +1 D nλ n +1 hc = e U (1) λ , hc hc Sau tăng điện áp: , = e U ⇒ λ − ∆λ = e (U + nU ) (2) λ (1) λ Lấy (2) ⇒ λ − ∆λ = + n nλ ⇒ ∆λ = n +1 Ta có: Ban đầu Chọn đáp án:D Bài Ống tia X có công suất 360W Coi 1000 electron tới đập vào đối catôt có phôtôn bật với bước sóng ngắn Người ta làm nguội đối catôt dòng nước có lưu lượng 0,25lít/phút nước có nhiệt độ ban đầu 100C Biết khối lượng riêng nước Dn=1000kg/m3 Nhiệt dung riêng nước Cn=4180J/kg.K Nhiệt độ nước khỏi ống khoảng: 16 Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện A 30,650C B 20,650C C 33,50C D 23,50C Hướng dẫn: Khối lượng nước làm nguội đối catôt phút: m = D.V = 0,25 kg Theo có = 0,001 = 0,1% lượng chuyển thành tia X, nên 1000 có 99,9% lượng chuyển hóa thành nhiệt Năng lượng ống thời gian t=1 phút = 60s: A = P.t Nhiệt sinh làm nóng nước thời gian t = 60s: Q = Cm(t - t0) = 0,999P.t ⇒ t ≈ 30,65 C Chọn đáp án: A IV HIỆU QUẢ ÁP DỤNG Đối với học sinh Tác giả may mắn nhà trường, tổ chuyên môn học sinh tạo điều kiện để tiến hành thực nghiệm sư phạm lớp 12 Cũng cần nói rõ lớp đối chứng đồng nghiệp giảng dạy theo cách truyền thống Số liệu thống kê qua điều tra thực nghiệm sư phạm: Bảng số liệu thể kết điều tra thống kê số học sinh có kĩ giải toán trắc nghiệm có liên quan đến tượng quang điện (Học sịnh giải 20 câu tắc nghiệm thời gian 35 phút, số học sinh đạt kết 15/20 câu trở lên) Lớp Năm học 2015-2016 Tỉ lệ (%) Lớp thực nghiệm sư phạm 12 A1 12 A3 35/47 30/48 68,42% Lớp đối chứng 12 A2 12 A4 21/42 16/45 42,52% * Ghi chú: x / y số học sinh có kĩ vận dụng (đúng 4/5 câu trở lên) / sĩ số học sinh lớp Như vậy, kết cho thấy áp dụng phương pháp giải nhanh toán tượng quang điện giúp em nắm vững chất dạng toán quang điện ngoài, từ toán toán phát triển mở rộng nâng cao kiến thức Do gặp toán đề thi học sinh áp dụng giải toán với kết cao Đối với thân tổ chuyên môn - Qua SKKN, thân thu kiến thức bổ ích, thấy vai trò tự học, tự bồi dưỡng thường xuyên nhằm nâng cao chuyên môn, nghiệp vụ yêu 17 Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện cầu, trách nhiệm người thầy Đặc biệt hiểu sâu tượng quang điện ngoài, qua có nhìn tổng thể, lựa chọn hướng tiếp cận để truyền đạt tốt đến HS… - Đồng nghiệp tổ chuyên môn góp ý xây dựng, chia sẻ tài liệu góp phần nâng cao chất lượng dạy học nhà trường Đối với phong trào học tập HS Các em HS thấy dễ tiếp thu, dễ học hào hứng trước câu hỏi đề thi thuộc chuyên đề tượng quang điện Phần III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Thông qua việc nghiên cứu tài liệu tham khảo, vận dụng vào trình giảng dạy thực tế tác giả nhận thấy nghiên cứu tượng quang điện việc phân dạng toán đưa công thức giải cụ thể nâng cao kết dạy học Vì tác giả mạnh dạn gửi đề tài đến thầy, cô giáo để trao đổi kinh nghiệm với mong muốn góp phần nhỏ bé vào nghiệp trồng người đất nước giai đoạn đổi II Kiến nghị 18 Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện Tuy có nhiều cố gắng kinh nghiệm giảng dạy hạn chế nên tin đề tài có thiếu sót Tôi mong nhận xét góp ý chân thành đồng chí, đồng nghiệp em học sinh để đề tài hoàn chỉnh Kính mong Hội đồng khoa học ngành thẩm định công nhận sáng kiến kinh nghiệm Tôi xin chân thành cảm ơn ! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 10 tháng 05 năm 2016 Tôi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác Nguyễn Văn Quyền TÀI LIỆU THAM KHẢO Bí luyện thi quốc gia môn vật lý theo chủ đề Tác giả Chu Văn Biên NXB Đại học quốc gia Hà nội Cẩm nang tinh hoa phương pháp giải nhanh suy luận Tác giả Lê Văn Vinh NXB Đại học quốc gia Hà nội Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật Lý phần Quang lý Vật lý hạt nhân Tác giả Nguyễn Phú Dồng NXB Tổng hợp TP HCM Chuyên đề bồi dưỡng nâng cao Vật lí 12 Tác giả Vũ Thị Phát Minh - Châu Văn Tạo - Nguyễn Đăng Khoa Tạp chí vật lý tuổi trẻ Các đề thi Đại Học, Cao đẳng Bộ giáo dục đào tạo 19 Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tượng quang điện 20 Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn ... Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tư ng quang điện cầu, trách nhiệm người thầy Đặc biệt hiểu sâu tư ng quang điện ngoài, qua có... thi học sinh giỏi Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tư ng quang điện Trong đề tài đưa số dạng toán. .. Lê Hoàn Một số giải pháp giúp học sinh phát triển lực tư hoàn thiện kĩ giải nhanh toán tư ng quang điện Bài Chiếu xạ có bước sóng λ = 0,546µm lên mặt kim loại dùng làm catôt tế bào quang điện Các