Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập Vật Lý chương Lượng tử ánh sáng (Chương trình lớp 12 nâng cao)

................................................................................. 7 0T1.3- NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU0T ..................................................................................... 8 0T1.4- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU0T ............................................................................ 8 0TCHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THƠNG0T ............................................................................................................ 9 0T2.1- MỤC ĐÍCH CỦA BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ0T ................................... 9 0T2.2- CÁCH SỬ DỤNG BÀI TẬP VẬT LÝ0T ................................................................... 10 0T2.3- PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ (Sơ đồ 1)0T ............................................................ 10 0T2.3.1- Theo nội dung0T ...................................................................................................... 10 0T2.3.2- Theo phương thức0T ................................................................................................ 11 0T2.3.3- Theo yêu cầu nghiên cứu trong bài tập0T ................................................................. 11 0T2.3.4- Theo yêu cầu luyện tập kỹ năng, phát triển tư duy0T ................................................ 12 0T2.3.5- Theo hình thức làm bài0T......................................................................................... 12 0T2.4- HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ0T ........................................... 14 0T2.4.1- Các cách hướng dẫn0T ............................................................................................. 14 0T2.4.2- Hoạt động giải bài tập vật lý0T................................................................................. 16 0T2.4.3- Các bước chung của việc giải một bài tập vật lý0T ................................................... 17 0T2.5- LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ0T ................. 20 0T2.5.1- Lựa chọn bài tập0T................................................................................................... 20 0T2.5.2- Sử dụng hệ thống bài tập0T ...................................................................................... 20 0T2.5.3- Nhiệm vụ, yêu cầu đối với người giáo viên trong giảng dạy bài tập0T...................... 21 0TCHƯƠNG 3: VẬN DỤNG0T ...................................................................................... 23 0T3.1. TĨM TẮT LÝ THUYẾT0T ........................................................................................ 23 0T3.1.1- Mục tiêu0T ............................................................................................................... 23 0T3.1.2- Cấu trúc chương trình0T .......................................................................................... 23 0T3.1.3- Tĩm tắt lý thuyết0T .................................................................................................. 23 0T3.2- HỆ THỐNG BÀI TẬP0T ............................................................................................ 29 0T3.2.1- Bài tập định tính0T ................................................................................................... 29 0T3.2.2- Bài tập định lượng0T ................................................................................................ 29 0T3.2.3- Bài tập thí nghiệm0T ................................................................................................ 33 0T3.2.4- Bài tập trắc nghiệm0T .............................................................................................. 33 0T3.3- HƯỚNG DẪN VÀ GIẢI0T ......................................................................................... 34 0T3.3.1- Bài tập định tính0T ................................................................................................... 34 0T3.3.2- Bài tập định lượng0T ................................................................................................ 38 0T3.2.3- Bài tập thí nghiệm0T ................................................................................................ 90 0T3.2.4- Bài tập trắc nghiệm0T .............................................................................................. 93 0T4.4- BÀI TẬP THAM KHẢO0T ........................................................................................ 95 0T4.4.1- Bài tập định tính0T ................................................................................................... 95 0T4.4.3- Bài tập thí nghiệm0T .............................................................................................. 100 0T4.4.4- Bài tập trắc nghiệm0T ............................................................................................ 101 0TKẾT LUẬN0T ............................................................................................................ 107 0T ÀI LIỆU THAM KHẢO0T .................................................................................... 108 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Quá trình dạy học là quá trình hoạt động của cả giáo viên và học sinh. Ta khơng thể coi quá trình dạy học của giáo viên chỉ là sự trình diễn kiến thức, chỉ cần diễn đạt được chính xác và đầy đủ những nội dung cần truyền đạt mà quan trọng là phải giúp học sinh hình thành, rèn luyện và phát triển năng lực tự giải quyết vấn đề. Rèn luyện năng lực tư duy và truyền thụ kiến thức là hai nhiệm vụ quan trọng của việc dạy học ở trường phổ thơng nĩi chung và mơn vật lý nĩi riêng. Bên cạnh nội dung tri thức cần truyền thụ đã được xác định trong chuẩn kiến thức, sách giáo khoa thì việc rèn luyện năng lực tư duy cho học sinh là nhờ vào phương pháp dạy của giáo viên: cách đặt vấn đề, chuyển mục, giải bài tập,...Để việc dạy và học đạt kết quả tốt thì giáo viên cần biết cách phát huy tính tích cực của học sinh, biết lựa chọn phương thức tổ chức hoạt động, cách tác động và điều kiện tác động phù hợp. Bài tập vật lý là một cơng cụ hữu hiệu trong quá trình dạy học. Sử dụng bài tập hợp lý sẽ cĩ tác dụng củng cố, khắc sâu, mở rộng kiến thức; rèn luyện khả năng vận dụng sáng tạo, phát triển tư duy của học sinh. Để đạt được những mục tiêu này thì giáo viên phải xây dựng được một hệ thống bài tập đảm bảo yêu cầu từ dễ đến khĩ, từ đơn giản đến phức tạp, dưới nhiều hình thức, nhiều phương thức, nhiều nội dung khác nhau, đồng thời phải cĩ những phương pháp hướng dẫn hoạt động giải bài tập phù hợp với trình độ của học sinh. Chính vì những lý do này mà em xin chọn đề tài: “Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập vật lý – chương Lượng Tử Ánh Sáng (chương trình lớp 12 nâng cao)” cho luận văn tốt nghiệp của mình. 1.2- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Tĩm tắt kiến thức và xác định hệ thống bài tập của chương Lượng tử ánh sáng (chương trình lớp 12 nâng cao). Đưa ra được tiến trình hướng dẫn hoạt động giải bài tập nhằm giúp đỡ học sinh nắm vững và vận dụng tốt kiến thức. 1.3- NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý luận dạy học về bài tập vật lý. Nghiên cứu chương trình vật lý trung học phổ thơng, chuẩn kiến thức, kĩ năng, sách giáo khoa để xác định nội dung kiến thức học sinh cần nắm vững và các kĩ năng giải bài tập cơ bản mà học sinh cần được rèn luyện. Soạn thảo hệ thống bài tập chương Lượng tử ánh sáng, phân tích vị trí, tác dụng của từng bài tập và trình tự hướng dẫn học sinh giải bài tập. Nghiên cứu sách bài tập và các tài liệu tham khảo khác. 1.4- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.4.1- Lý luận Nghiên cứu sách về lý luận dạy học, phương pháp giảng dạy vật lý ở trường trung học phổ thơng. 1.4.2- Lý thuyết Nghiên cứu sách giáo khoa, sách giáo viên, chuẩn kiến thức- kĩ năng, chương trình vật lý trung học phổ thơng hiện hành. Nghiên cứu sách bài tập và các tài liệu tham khảo,... 1.4.3- Vận dụng Trao đổi với giáo viên hướng dẫn, các giáo viên đang giảng dạy ở trường Trung học phổ thơng An Phước về hệ thống bài tập, những sai lầm học sinh hay mắc phải và kinh nghiệm giảng dạy của chương Lượng tử ánh sáng, tiếp thu những ý kiến xác đáng để luận văn được tốt hơn. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THƠNG 2.1- MỤC ĐÍCH CỦA BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Trong thực tế dạy học, bài tập vật lý là một vấn đề được đặt ra, địi hỏi phải giải quyết bằng những suy lí logic, những phép tốn và thí nghiệm dựa trên cơ sở những định luật, những phương pháp vật lý. Trong quá trình dạy học vật lý, bài tập cĩ phần quan trọng đặc biệt. Chúng được sử dụng theo những mục đích khác nhau. - Bài tập vật lý cĩ thể được sử dụng như một phương tiện nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức mới cho học sinh, nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức mới một cách sâu sắc, vững chắc. - Bài tập vật lý là một phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng tự vận dụng kiến thức, liên hệ lý thuyết với thực tế, học tập với đời sống, giải quyết các vấn đề đặt ra trong đời sống hằng ngày. - Bài tập vật lý là một phương tiện cĩ tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu cho học sinh. Bởi vì giải bài tập là một hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh. Trong khi giải bài tập, học sinh phải phân tích điều kiện đề bài, tự xây dựng những lập luận, thực hiện việc tính tốn, khi cần thiết phải làm thí nghiệm, thực hiện các phép đo, xác định sự phụ thuộc hàm số giữa các đại lượng, kiểm tra các kết luận của mình. Trong những điều kiện đĩ, tư duy logic, tư duy sáng tạo của học sinh được phát triển, năng lực làm việc độc lập của học sinh được nâng cao. - Bài tập là một phương tiện ơn tập, củng cố kiến thức đã học một cách sinh động và cĩ hiệu quả. Khi giải các bài tốn địi hỏi học sinh phải nhớ các định luật, cơng thức, kiến thức đã học, cĩ khi địi hỏi vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức đã học trong cả một chương, một phần. Do đĩ, học sinh sẽ hiểu rõ hơn và ghi nhớ vững chắc các kiểm tra đã học. - Thơng qua việc giải bài tập cĩ thể rèn luyện cho học sinh những đức tính tốt như tinh thần tự lập, tính cẩn thận, kiên trì, tinh thần vượt khĩ. - Bài tập là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh một cách chính xác. 2.2- CÁCH SỬ DỤNG BÀI TẬP VẬT LÝ - Dẫn dắt vào bài, đặt vấn đề đầu bài học mới. - Luyện tập kĩ năng. - Ơn tập, củng cố kiến thức. - Rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức vào thực tế. - Kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức. 2.3- PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ (Sơ đồ 1) Người ta phân loại bài tập theo nhiều đặc điểm: theo nội dung, theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải, theo yêu cầu định tính hay định lượng của việc vấn đề cần nghiên cứu, theo yêu cầu luyện tập kỹ năng hay phát triển tư duy sáng tạo của học sinh trong quá trình học. 2.3.1- Theo nội dung 2.3.1.1- Theo các đề tài của tài liệu vật lý của chúng Người ta phân biệt các bài tập về: cơ học, điện học, quang học,… Sự phân chia như vậy cũng chỉ cĩ tính chất quy ước. Bởi vì kiến thức sử dụng trong giả thiết của một bài tập thường khơng phải chỉ lấy từ một chương mà cĩ thể lấy từ nhiều chương, nhiều phần khác nhau cũa giáo trình vật lý. 2.3.1.2- Bài tập cĩ nội dung trừu tượng và nội dung cụ thể - Nét đặc trưng của những bài tập trừu tượng là trong điều kiện của bài tập bản chất vật lý được nêu bật lên, những chi tiết khơng bản chất đã được bỏ bớt. Những bài tập này giúp cho học sinh dễ dàng nhận ra cần sử dụng cơng thức, định luật hay kiến thức vật lý gì để giải. Do đĩ những bài học trừu tượng đơn giản thường được dùng để học sinh tập dượt những kiến thức vừa học. - Những bài tập cĩ nội dung cụ thể cĩ tác dụng tập cho học sinh phân tích các hiện tượng thực tế, cụ thể để làm rõ bản chất vật lý và do đĩ cĩ thể vận dụng các kiến thức cần thiết để giải. 2.3.1.3- Bài tập kĩ thuật tổng hợp Các bài tập mà nội dung chứa đựng những tài liệu về kĩ thuật, về sản xuất nơng cơng nghiệp, về giao thơng liên lạc được gọi là những bài tập cĩ kĩ thuật tổng hợp. 2.3.1.4- Bài tập cĩ nội dung lịch sử vật lý Đĩ là những bài tập chứa đựng những kiến thức cĩ đặc điểm lịch sử: những dữ kiện về các thí nghiệm vật lý cổ điển, về những phát minh, sáng chế hay những câu chuyện cĩ tính chất lịch sử. 2.3.1.5- Bài tập vui Là những bài tập sử dụng các dữ kiện, hiện tượng kì lạ, vui. Việc giải các bài tập này sẽ làm cho tiết học sinh động, nâng cao được hứng thú học tập của học sinh. 2.3.2- Theo phương thức 2.3.2.1- Bài tập bằng lời Khi giải chỉ dùng lời để lập luận, giải thích rồi đi tới kết luận hay câu trả lời. 2.3.2.2- Bài tập tính tốn Khi giải phải thực hiện những phép tính với những chữ hoặc số và sử dụng những cơng thức, phương trình trình biểu thị mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý. 2.3.2.3- Bài tập thí nghiệm Khi giải phải sử dụng thí nghiệm để đi tới mục đích nào đĩ. Cĩ thể sử dụng những bài tốn thí nghiệm cĩ đặc điểm nghiên cứu thực nghiệm về một sự phụ thuộc nào đĩ. Trong các bài tập dạng này, thí nghiệm thường được sử dụng như một trong những phương tiện quan trọng nhằm thu nhập các số liệu cần thiết để kiểm tra, đánh giá sự phù hợp của những kết quả lý thuyết với những kết quả thực nghiệm. 2.3.2.4- Bài tập đồ thị Là những bài tập mà đồ thị được sử dụng vào một mục đích nào đĩ. Địi hỏi học sinh phải hiểu ý nghĩa của đồ thị và kết hợp vận dụng các kiến thức liên quan.  Sự phân chia thành các dạng bài tập bằng lời, tính tốn, thí nghiệm, đồ thị như trên là cĩ tính chất quy ước. Vì thơng thường ta khơng chỉ sử dụng riêng một phương thức nào. Chẳng hạn khi làm bài tập thí nghiệm cần phải lập luận bằng lời cũng như trong nhiều trường hợp khác khi làm bài tập tính tốn cần phải vẽ đồ thị. 2.3.3- Theo yêu cầu nghiên cứu trong bài tập 2.3.3.1- Bài tập định tính (Bài tập câu hỏi, Bài tập logic) Địi hỏi xác lập mối quan hệ phụ thuộc về bản chất giữa các đại lượng vật lý. Giúp học sinh nắm vững bản chất của vấn đề. Nĩ cĩ tác dụng rèn luyện tư duy logic và tập cho học sinh biết phân tích bản chất vật lý của hiện tượng. 2.3.3.2- Bài tập định lượng Địi hỏi xác định mối liên hệ phụ thuộc về lượng giữa các đại lượng phải tìm và nhận được trả lời dưới dạng cơng thức hay một con số. Cĩ thể chia bài tập định lượng ra làm hai dạng: - Bài tập tập dượt (Bài tập cơ bản): Cĩ tác dụng củng cố kiến thức cơ bản vừa học, làm cho học sinh hiểu rõ ý nghĩa của các định luật, cơng thức và các thĩi quen cần thiết để giải các bài tập phức tạp hơn. - Bài tập tính tốn tổng hợp: Là bài tập mà khi giải cần vận dụng nhiều khái niệm, định luật, cơng thức. Tác dụng của loại bài tập này là giúp học sinh mở rộng kiến thức, thấy được mối liên hệ của các kiến thức vật lý trong chương trình.  Thường cho học sinh giải các bài tập định tính trước rồi sau đĩ mới đến các bài tập định lượng phức tạp. Thực tế ở các trường trung học phổ thơng hiện nay rất ít sử dụng các bài tập định tính, sách giáo khoa chủ yếu chỉ cĩ các câu hỏi yêu cầu tái hiện lại kiến thức. 2.3.4- Theo yêu cầu luyện tập kỹ năng, phát triển tư duy 2.3.4.1- Bài tập luyện tập Dùng để rèn luyện cho học sinh áp dụng những kiến thức xác định để giải từng loại bài tập theo một mẫu xác định. Ở đây khơng địi hỏi tư duy sáng tạo của học sinh mà chủ yếu là luyện tập để nắm vững cách giải đối với một loại bài xác định đã được chỉ dẫn. 2.3.4.2- Bài tập sáng tạo - Bài tập nghiên cứu: Yêu cầu học sinh phải giải thích hiện tượng chưa biết trên cơ sở mơ hình trừu tượng thích hợp rút ra từ lý thuyết vật lý. - Bài tập thiết kế: Địi hỏi thu được hiệu quả thực tế phù hợp với mơ hình trừu tượng (định luật, cơng thức, đồ thị,…) đã cho.  Sự khác nhau giữa bài tập sáng tạo và luyện tập là điều kiện cho trong bài tập sáng tạo che giấu cách giải, cịn điều kiện cho trong bài tập luyện tập đã mang tính chất nhắc bảo cách giải. 2.3.5- Theo hình thức làm bài 2.3.5.1- Bài tập tự luận Yêu cầu học sinh phải giải thích, trình bày cách giải theo trình tự cụ thể. 2.3.5.2- Bài tập trắc nghiệm khách quan Bài tập cho câu hỏi và nhiều đáp án, các đáp án cĩ thể đúng, gần đúng hoặc sai hồn tồn. Nhiệm vụ của học sinh là tìm ra đáp án đúng nhất. Bài tập loại này được chia ra làm nhiều loại: - Trắc nghiệm Đúng – Sai: Câu hỏi dưới dạng phát biểu, câu trả lời là một trong hai lựa chọn đúng hoặc sai. - Trắc nghiệm nhiều lựa chọn: Câu hỏi cĩ thể là định tính hay định lượng, cĩ 4 hoặc 5 đáp án. - Trắc nghiệm điền khuyết: Yêu cầu học sinh điền từ, ngữ đúng để hồn thiện nội dung bị bỏ trống. - Trắc nghiệm ghép: Nội dung được chia làm hai phần, yêu cầu học sinh ghép lại cho phù hợp. Hình 2.1- Sơ đồ Phân loại các dạng bài tập 2.4- HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 2.4.1- Các cách hướng dẫn 2.4.1.1- Hướng dẫn theo mẫu (angorit) Định nghĩa: Sự hướng dẫn hành động theo một mẫu đã cĩ thường được gọi là hướng dẫn angorit. Ở đây thuật ngữ angorit được dùng với ý là một quy tắc hành động hay chương trình hành động được xác định một cách rõ ràng, chính xác và chặt chẽ, trong đĩ chỉ rõ cần thực hiện những hành động nào (hành động sơ cấp) và theo trình tự nào để đi đến kết quả. Yêu cầu đối với học sinh: Những hành động sơ cấp phải được học sinh hiểu một cách đơn giá và nắm vững. Học sinh khơng phải tự mình tìm tịi xác định các hành động mà chỉ cần chấp hành các hành động được giáo viên chỉ ra. Yêu cầu đối với giáo viên: Phải phân tích một cách khoa học việc giải bài tốn để xác định được một trình tự chính xác, chặt chẽ các hành động cần thực hiện và phải đảm bảo đĩ là những hành động sơ cấp đối với học sinh. Áp dụng: Khi cần dạy cho học sinh phương pháp giải một bài tốn điển hình nào đĩ, hay để luyện tập kĩ năng giải những loại tốn xác định. Ưu điểm: Đảm bảo cho học sinh giải được những bài tốn được giao một cách chắc chắn và rèn luyện kĩ năng giải tốn hiệu quả hơn. Hạn chế: Học sinh chỉ phải chấp hành những hành động đã được chỉ dẫn sẵn theo một mẫu cĩ sẵn, nên ít cĩ tác dụng rèn luyện khả năng tìm tịi, sáng tạo và hạn chế sự phát triển tư duy. Cách truyền đạt: - UCách 1U: Áp dụng cho học sinh yếu, trung bình. Giaĩ viên giải một vài bài tốn mẫu sau đĩ phân tích phương pháp giải rồi cho học sinh áp dụng để giải các bài tập cùng loại. Nếu học sinh khơng áp dụng được ngay cách giải đã được cung cấp thì giáo viên cần đưa ra những bài luyện tập riêng nhằm đảm bảo cho học sinh nắm vững và thực hiện được các hành động sơ cấp. - UCách 2U: Áp dụng cho học sinh khá, giỏi. Thơng qua việc giải và phân tích một vài bài đầu tiên cĩ thể yêu cầu học sinh tự vạch ra phương pháp giải loại tốn này rồi áp dụng để việc giải các bài cùng loại. 2.4.1.2- Hướng dẫn tìm tịi (ơrixtic) Định nghĩa: Là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tịi phát hiện cách giải quyết vấn đề. Yêu cầu đối với học sinh: Phải tự lực tìm tịi cách giải quyết, tự xác định các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả. Yêu cầu đối với giáo viên: Phải đưa ra lời hướng dẫn cĩ tác dụng hướng tư duy của học sinh vào phạm vi cần và cĩ thể tìm tịi, phát hiện cách giải quyết các vấn đề được đặt ra. Sự hướng dẫn phải sao cho khơng được đưa học sinh đến chỗ chỉ việc thừa hành các hành động theo mẫu, nhưng cũng đồng thời lại khơng thể là một sự hướng dẫn quá viển vơng, quá chung chung khơng giúp ích được cho sự định hướng tư duy. Áp dụng: Khi cần giúp đỡ học sinh vượt qua khĩ khăn để giải được bài tập, đồng thời vẫn đảm bảo yêu cầu phát triển tư duy của học sinh. Ưu điểm: Nâng cao ý thức tự giác, tự lực giải quyết vấn đề và tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển tư duy, sáng tạo của học sinh. Hạn chế: - Khơng đảm bảo cho học sinh giải được bài tập một cách chắc chắn. - Địi hỏi một sự nỗ lực và chuẩn bị kĩ lưỡng của cả giáo viên lẫn học sinh. - Chỉ cĩ thể áp dụng tốt cho học sinh khá - giỏi. 2.4.1.3- Định hướng khái quát chương trình hĩa Định nghĩa: Là sự hướng dẫn cho học sinh tự tìm tịi cách giải quyết chứ khơng thơng báo ngay cho học sinh cái cĩ sẵn. Giaĩ viên định hướng hoạt động tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề. Sự định hướng ban đầu địi hỏi sự tự lực tìm tịi của học sinh. Nếu học sinh khơng đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự phát triển định hướng ban đầu, cụ thể hĩa thêm một bước bằng cách gợi ý thêm để thu hẹp phạm vi tìm tịi, giải quyết cho vừa sức học sinh. Nếu học sinh vẫn khơng đủ khả năng tự lực tìm tịi thì hướng dẫn của giáo viên chuyển dần thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hồn thành được yêu cầu một bước, sau đĩ tiếp tục yêu cầu học sinh tự giải quyết bước tiếp theo. Nếu cần thì giáo viên lại giúp đỡ thêm. Cứ như vậy cho đến khi giải quyết xong vấn đề. Yêu cầu đối với học sinh: Phải tự ý thức, nỗ lực giải quyết vấn đề, vận dụng hết mọi kĩ năng, kiến thức để giải quyết vấn đề. Yêu cầu đối với giáo viên: Địi hỏi trình độ chuyên mơn và khả năng sư phạm cao. Câu hỏi định hướng của giáo viên phải được cân nhắc kĩ và phù hợp với trình độ của học sinh. Tránh sa vào làm thay học sinh trong bước định hướng. Áp dụng: Khi cĩ điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài tốn của học sinh, nhằm giúp học sinh tự giải được bài tốn đã cho, đồng thời học cách suy nghĩ trong quá trình giải tốn. Ưu điểm: - Rèn luyện được tư duy và tính độc lập suy nghĩ của học sinh. - Đảm bảo cho học sinh giải bài tập một cách chắc chắn. - Giáo viên cĩ thể theo sát học sinh trong quá trình giải bài tập để phát hiện được những sai lầm, thiếu sĩt để điều chỉnh và củng cố kịp thời. Nhược điểm: Địi hỏi nhiều thời gian, sự chuẩn bị kĩ lưỡng và cố gắng lớn của cả giáo viên và học sinh.  Để việc hướng dẫn cho học sinh làm bài tập cĩ hiệu quả thì giáo viên phải xuất phát từ mục đích sư phạm cần đạt được để xác định kiểu hướng dẫn cho phù hợp (Hình 2.2). Hình 2.2. Sơ đồ Cách lựa chọn phương pháp hướng dẫn 2.4.2- Hoạt động giải bài tập vật lý Mục tiêu cần đạt tới khi giải bài tập vật lý là tìm được câu trả lời đúng đắn, giải đáp được vấn đề đặt ra một cách cĩ căn cứ chặt chẽ. Quá trình giải thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tốn, xem xét hiện tượng vật lý được đề cập và dựa trên kiến thức vật lý, tốn để nghĩ tới mối quan hệ cĩ thể cĩ của cái đã cho và cái phải tìm, sao cho cĩ thể thấy được cái phải tìm cĩ liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với cái đã cho. Từ đĩ đi tới chỉ được mối liên hệ tường minh trực tiếp của cái phải tìm với cái đã biết, tức là tìm được lời giải đáp. Các cơng thức, phương trình mà ta thiết lập dựa theo các kiến thức vật lý và điều kiện cụ thể của bài tốn là sự biểu diễn mối liên hệ định lượng giữa các đại lượng vật lý. Trong các phương trình đĩ, tùy theo điều kiện của bài tốn cụ thể mà cĩ thể đại lượng này là đại lượng đã cho, đại lượng kia là đại lượng phải tìm và cĩ thể đại lượng khác nữa chưa biết. Hai cơng việc cơ bản, quan trọng của hướng dẫn giải bài tập vật lý là: Xác lập được những mối liên hệ cơ bản dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lý vào điều kiện cụ thể của bài tốn đã cho và tiếp tục luận giải, tính tốn đi từ những mối liên hệ đã thiết lập được, đến kết luận cuối cùng. Cụ thể: - Bài tập định tính: Khơng cần phải tính tốn phức tạp nhưng vẫn cĩ sự suy luận logic từng bước để đi tới kết luận cuối cùng. - Bài tập định lượng: Đối với những bài tốn đơn giản thì khi vận dụng kiến thức vật lý vào điều kiện cụ thể của bài tốn ta cĩ thể thấy ngay được mối liên hệ trực tiếp của cái phải tìm với cái đã cho. Chẳng hạn, cĩ thể dẫn ra 1 cơng thức vật lý mà trong đĩ cĩ chứa định luật phải tìm cùng với các định luật khác đều là các định luật đã cho hoặc đã biết. Nhưng đối với bài tốn phức tạp hơn thì khơng thể dẫn ra ngay được mối liên hệ trực tiếp giữa cái phải tìm với cái đã cho. Trong sự vận hành các mối liên hệ cơ bản đi đến xây dựng được cái phải tìm ta thấy cĩ vai trị quan trọng của các kiến thức, kĩ năng tốn. Giáo viên cần thấy rõ điều đĩ để cĩ thể hướng dẫn, giúp đỡ học sinh đúng chỗ cần thiết nhất. - Bài tập thí nghiệm: Yêu cầu nghiên cứu thực nghiệm về một sự liên hệ phụ thuộc nào đĩ. Quá trình giải bài tập cũng chính là quá trình làm rõ những điều kiện mà trong đĩ mối liên hệ cần thiết cho sự khảo sát về sự liên hệ phụ thuộc đĩ, nắm vững những dụng cụ đo lường cần sử dụng, lắp ráp các dụng cụ, tiến hành thí nghiệm và ghi lại các kết quả quan sát được, đo được, xử lí kết quả và kết luận về sự liên hệ phụ thuộc cần nghiên cứu. 2.4.3- Các bước chung của việc giải một bài tập vật lý Khơng thể nĩi về một phương pháp chung, vạn năng cĩ thể áp dụng giải quyết được mọi bài tập vật lý. Tuy nhiên, từ sự phân tích về thực chất của hoạt động giải bài tập, ta cĩ thể chỉ ra những nét khái quát, các bước chung của tiến trình giải, là cơ sở để giáo viên xác định phương pháp hướng dẫn học sinh . 2.4.3.1- Bài tập định tính UBước 1U: Tìm hiểu đề bài - Đọc, ghi tĩm tắt đề bài. - Mơ tả tình huống nêu trong đề bài bằng ngơn ngữ vật lý, vẽ hình minh họa. UBước 2U: Phân tích nội dung - Tìm trong đề bài những dấu hiệu cĩ liên quan đến một tính chất hay một định luật vật lý nào đã biết. - Phát biểu tính chất đĩ, định luật đĩ. UBước 3U: Xây dựng lập luận, thiết lập mối quan hệ giữa định luật và hiện tượng. UBước 4:U Giải thích nguyên nhân của hiện tượng hoặc dự đốn hiện tượng. Sơ đồ: Nhờ mối liên hệ (I) mà rút ra kết luận (a). Dựa trên kết luận (a) và mối liên hệ (II) mà rút ra câu trả lời (KQ) 2.4.3.2- Bài tập định lượng UBước 1U: Tìm hiểu đề bài - Đọc, ghi tĩm tắt đề bài. - Mơ tả tình huống được nêu trong đề bài, vẽ hình minh họa. - Nếu đề bài yêu cầu thì phải dùng đồ thị hoặc làm thí nghiệm để thu được các dữ liệu cần thiết. UBước 2U: Xác lập được các mối liên hệ của các dữ liệu xuất phát và cái phải tìm. - Đối chiếu các dữ liệu xuất phát và cái phải tìm, xem xét bản chất vật lý của tình huống đã cho để nghĩ đến các kiến thức, các định luật, các cơng thức liên quan. - Xác lập mối liên hệ cơ bản, cụ thể của các dữ liệu xuất phát và cái phải tìm. - Tìm kiếm, lựa chọn các mối liên hệ tối thiểu cần thiết sao cho thấy được mối liên hệ giữa cái phải tìm với các dữ liệu xuất phát. UBước 3U: Rút ra kết quả cần tìm từ các mối liên hệ cần thiết đã xác lập được bằng luận giải, tính tốn. UBước 4U: Kiểm tra xác nhận kết quả. - Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi, xét hết các trường hợp chưa. - Kiểm tra lại xem tính tốn cĩ đúng khơng. - Kiểm tra thứ nguyên cĩ phù hợp khơng. - Xem xét kết quả cĩ phù hợp với thực tế khơng. - Kiểm tra kết quả quả bằng thực nghiệm xem cĩ phù hợp khơng. - Giải bằng cách khác xem cĩ cùng kết quả khơng. Trong thực tế, khơng nhất thiết cĩ sự tách bạch một cách cứng nhắc giữa bước 2 và bước 3. Sơ đồ: (a); (b); (c) là cái đã biết, (d); (e) là cái chưa biết, các mối liên hệ được xác lập thơng qua phương trình (I); (II) và (III). Từ (a) thơng qua phương trình ( I ) ta tìm được (d). Từ (b) và (c) thơng qua phương trình (II) ta tìm được (e). Thế (d) và (e) vừa tìm được vào phương trình (III) ta sẽ tính được kết quả (KQ). 2.4.3.3- Bài tập thí nghiệm UBước 1U: Xác định phương án thí nghiệm - Vạch rõ sự phụ thuộc cần kiểm tra, khảo sát. - Làm rõ những điều kiện mà trong đĩ sự phụ thuộc cần nghiên cứu cĩ thể xảy ra, xác định các phương án thí nghiệm, lựa chọn một phương án tốt nhất. - Lựa chọn dụng cụ (loại, tính chính xác, giới hạn đo,…). - Lựa chọn phạm vi tối ưu các giá trị của đại lượng nghiên cứu. UBước 2U: Nắm vững dụng cụ đo lường được sử dụng. - Đọc thang chia độ (xác định giá trị các độ chia, đọc các số chỉ,…). - Thực hiện các quy tắc ráp dụng cụ và trình tự làm việc với dụng cụ. - Thực hiện các quy tắc an tồn. UBước 3U: Tiến hành thí nghiệm, ghi kết quả quan sát, đo. UBước 4U: Xử lí các kết quả. - Đặt các dữ liệu bằng số lấy từ bảng vào các cơng thức về sự phụ thuộc cần kiểm tra, khảo sát. - Đánh giá độ chính xác của việc nghiên cứu, so sánh những kết quả thí nghiệm với kết quả lí thuyết mong đợi, dựng đồ thị lí thuyết và những thực nghiệm. UBước 5U: Kết luận về tính hiện thực của kết quả thí nghiệm. 2.4.3.4- Bài tập trắc nghiệm Học sinh cần phân biệt tốt giữa những đáp án đúng và gần đúng. Sự phân biệt này khơng chỉ đơn giản là nhận ra mà bao gồm sự phân tích, tổng hợp và tính tốn. UBước 1U: Đọc câu hỏi nhanh nhưng thật cẩn thận. UBước 2U: Nhớ lại những kiến thức đã học, dự tính câu trả lời. Nếu là bài tập tính tốn thì tiến hành giải bài tốn để cĩ kết quả. Chú ý đổi đơn vị cho phù hợp. UBước 3U: Chọn câu trả lời. Nếu chắc chắn được đáp án đúng thì đánh dấu chọn, nếu chưa chắc chắn thì đánh dấu những đáp án nghi ngờ. Đọc lại thật kĩ, phân tích, loại trừ để chọn được đáp án chính xác. UBước 4U: Kiểm tra lại bài. Chú ý: Nên tập trung vào các đáp án cĩ chứa những cụm từ như: “tất cả”; “hầu như”; “cả a và b”;...trước, vì ngụ ý câu trả lời là đúng hồn tồn hoặc sai hồn tồn. 2.5- LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 2.5.1- Lựa chọn bài tập Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập vật lý một cách khoa học và chính xác là hết sức quan trọng. Bên cạnh đĩ, người giáo viên phải biết lựa chọn hệ thống bài tập đảm bảo những yêu cầu sau: - Bài tập phải đi từ dễ đến khĩ, từ đơn giản đến phức tạp, mỗi dạng cần cĩ một bài tập điển hình. - Mỗi bài phải là một mắt xích trong hệ thống, đảm bảo chức năng củng cố và rèn luyện kĩ năng cho học sinh. - Hệ thống phải logic, đa dạng, đầy đủ và cĩ tính khái quát. Tăng cường các bài tập trắc nghiệm. - Hệ thống được chia thành các dạng theo từng chủ đề, mỗi chủ đề cĩ nhiều loại bài để học sinh nắm bắt vấn đề và ơn tập một cách thuận lợi. 2.5.2- Sử dụng hệ thống bài tập Giáo viên dựa vào mục đích và đối tượng học sinh để cĩ kế hoạch sử dụng hệ thống bài tập một cách phù hợp và hiệu quả. - Bài tập định tính, bài tập thí nghiệm thường được sử dụng ở đầu tiết học đ._.ể dẫn dắt vào kiến thức mới. - Bài tập định lượng, trắc nghiệm được sử dụng ở cuối tiết học, trong giờ bài tập nhằm củng cố, luyện tập, kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh. Giáo viên cần chú ý phân cấp hệ thống bài tập theo từng đối tượng học sinh. Đối với học sinh trung bình chỉ cần dùng những bài tập vận dụng, cịn các học sinh khá - giỏi thì cần thêm những bài tổng hợp, sáng tạo. 2.5.3- Nhiệm vụ, yêu cầu đối với người giáo viên trong giảng dạy bài tập 2.5.3.1- Nhiệm vụ Đề ra kế hoạch giảng dạy cụ thể, dự tính kế hoạch cho tồn bộ cơng việc về bào tập, về từng đề tài, với từng tiết học cụ thể. Lựa chọn và chuẩn bị các dạng bài tập: - Bài tập nêu vấn đề để sử dụng trong các tiết học kiến thức mới nhằm kích thích hứng thú học tập của học sinh. - Bài tập nhằm củng cố, bổ sung, hồn thiện những kiến thức lý thuyết cụ thể đã học, cung cấp cho học sinh những hiểu biết về thực tế, kĩ thuật cĩ liên quan. - Bài tập điển hình nhằm hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải những loại cơ bản, hình thành phương pháp giải chung của mỗi dạng. - Bài tập kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức, kĩ năng của học sinh về từng phần, từng chương cụ thể. Sắp xếp các bài tốn đã lựa chọn thành một hệ thống, định rõ kế hoạch và phương pháp sử dụng trong tiến trình dạy học. Giúp học sinh biết cách vận dụng kiến thức để giải quyết những vấn đề được đặt ra, rèn luyện cho học sinh kĩ năng giải những loại bài tập cơ bản thuộc những phần khác nhau của chương trình vật lý phổ thơng. Đặc biệt coi trọng việc rèn luyện tư duy và đảm bảo tính tự lập, hình thành phong cách nghiên cứu, phương pháp nhận thức khoa học của học sinh. 2.5.3.2- Yêu cầu Người giáo viên cần phải: - Giải được bài tập. - Cĩ những hiểu biết khoa học cụ thể, phải biết tư duy, phân tích một cách khoa học phương pháp giải bài tập. - Biết cách đưa ra những định hướng nhận thức cho học sinh. - Cần tạo được khơng khí học tập: khơng khí vật lý (Ánh sáng, âm thanh,...), khơng khí tâm lý (Lời nĩi, thái độ, cách vào bài, chuyển mục,..). - Phát triển tư duy thơng qua giảng dạy bài tập, bổ sung kiến thức và giúp học sinh nhận thức theo hướng nhận thức của các nhà khoa học. - Phát triển tư duy bằng việc sử dụng tri thức, mở rộng và tinh lọc kiến thức trong việc giải bài tập. - Sử dụng những câu hỏi đảm bảo tính khoa học để diễn đạt chính xác ý định cần hỏi, đảm bảo phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh. - Cá biệt hĩa đối tượng học sinh bằng cách thay đổi linh hoạt: + Mức độ yêu cầu của bài tập: Mức độ trừu tượng của đề bài; loại vấn đề cần giải quyết; phạm vi và tính phức hợp của số liệu cần xử lý; các phép biến đổi tốn học, phạm vi các kiến thức, kĩ năng cần sử dụng,... + Số lượng bài cần giải. + Mức độ tự lực trong quá trình giải. - Cĩ những hiểu biết về đặc điểm của các kiểu hướng dẫn giải bài tập để áp dụng phù hợp, hiệu quả cho các mục đích sư phạm khác nhau. CHƯƠNG 3: VẬN DỤNG 3.1. TĨM TẮT LÝ THUYẾT 3.1.1- Mục tiêu Định nghĩa được hiện tượng và phát biểu được các định luật quang điện. Nêu được nội dung cơ bản của thuyết lượng tử ánh sáng. Nhận biết được lưỡng tính sĩng - hạt của ánh sáng. Nêu được cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của quang trở và pin quang điện. Nêu được các ứng dụng của hiện tượng quang điện trong. Định nghĩa được hiện tượng quang - phát quang: huỳnh quang và lân quang và dùng thuyết lượng tử ánh sáng để giải thích các hiện tượng đĩ. Phát biểu hai tiên đề Bohr và giải thích sự tạo thành quang phổ phát xạ và quang phổ hấp thụ của nguyên tử hydro. Nêu được định nghĩa, đặc điểm, nguyên tắc cấu tạo của Laser. 3.1.2- Cấu trúc chương trình 3.1.3- Tĩm tắt lý thuyết 3.1.3.1- Lượng tử ánh sáng Theo thuyết lượng tử, các nguyên tử hay phần tử vật chất khơng hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục, mà thành từng phần riêng biệt, đứt quãng. Mỗi phần tử đĩ mang một năng lượng hồn tồn xác định. hchfε λ = = h = 6,625.10P-34P J.s: Hằng số Planck ƒ: Tần số sĩng ánh sáng λ: Bước sĩng ánh sáng c = 3.10P8P m/s: Vận tốc ánh sáng trong chân khơng Mỗi phần tử ánh sáng được gọi là lượng tử ánh sáng, hay photon. Như vậy, chùm ánh sáng được xem như một chùm các photon. 3.1.3.2- Hiện tượng quang điện Là hiện tượng khi chiếu một chùm sáng thích hợp (cĩ bước sĩng ngắn) vào một tấm kim loại thì nĩ làm cho các electron ở trong kim loại đĩ bị bật ra. Các electron bật ra gọi là các electron quang điện. 3.1.3.3- Các định luật quang điện Định luật thứ nhất: Đối với mỗi kim loại, hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi bước sĩng ánh sáng kích thích nhỏ hơn hoặc bằng bước sĩng λR0R, λR0R được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đĩ. λ ≤ λR0R hc A = A: Cơng thốt của electron. Định luật thứ 2: Cường độ của dịng quang điện bão hịa tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích. iRbhR = nReRe nReR: Số electron bật ra khỏi catod và đi tới anod mỗi giây e = 1,6 .10P-19 PC: Điện tích nguyên tố Định luật thứ 3: Động năng ban đầu cực đại của quang electron khơng phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sĩng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại dùng làm catod. 2 0 ax maxW 2 m d h mv eU= = m = 9,1 .10P-31P kg: Khối lượng của electron URhR: Độ lớn của hiệu điện thế hãm 3.1.3.4- Cơng suất của bức xạ rọi vào catod hcP n nλ λε λ = = nRλ R: Số photon ứng với bức xạ λ đập vào catod trong 1 giây ε: Lượng tử ánh sáng 3.1.3.5- Hiệu điện thế hãm Dịng quang điện bắt đầu bị triệt tiêu hồn tồn khi hiệu điện thế giữa anod và catod phải đạt tới một giá trị âm -URh R nào đĩ. Tức giá trị hiệu điện thế hãm ứng với trường hợp quang electron cĩ vận tốc ban đầu cực đại đến sát anod thì dừng lại do lực điện trường sinh cơng cản tác dụng lên electron quang điện. Áp dụng định lý động năng, ta cĩ: 20max 1 2đ h W A mv eU∆ = ⇔ − = − ⇒ eURhR = WRđ0max ∗ Điều kiện để triệt tiêu dịng quang điện: URAK R ≤ -URh 3.1.3.6- Điện thế cực đại Khi hiện tượng quang điện xảy ra thì các quang electron bứt ra khỏi tấm kim loại cơ lập làm tấm kim loại tích điện dương và tạo 1 điện thế V cho tấm kim loại. Xung quanh tấm kim loại xuất hiện điện trường, tác dụng lực điện trường lên quang electron. Số quang electron bị bứt ra càng nhiều thì điện trường này càng lớn, và lực điện trường cũng lớn dần. Đến một lúc nào đĩ khi các electron bứt ra đều bị lực điện trường kéo trở lại tấm kim loại kể cả các quang electron cĩ vận tốc cực đại thì tấm kim loại tích điện tích dương lớn nhất và cĩ điện thế cực đại. Áp dụng định lý động năng: R R e WVeVmvAW đđ maxmaxmax 2 max02 1 =⇒−=−⇔=∆ 3.1.3.7- Cơng thức Einstein về hiện tượng quang điện 2 0max axW2 dm mvchf h A A λ = = + = + 3.1.3.8- Hiệu suất của hiện tượng quang điện (hiệu suất lượng tử) e e p p N nH N n = = NRpR, NReR: Tổng số photon chiếu tới kim loại và electron bật ra khỏi kim loại trong cùng thời gian t. nReR: Số electron bật ra khỏi kim loại trong mỗi giây. nRpR: Số photon chiếu tới kim loại trong mỗi giây. 3.1.3.9- Tia Roёntgen Tia Roёntgen là sĩng điện từ cĩ bước sĩng ngắn, trong khoảng từ 10P-8 Pm (tia Roёntgen mềm) đến 10P-11 Pm (tia Roёntgen cứng). Nĩ được phát ra do chùm electron cĩ vận tốc lớn (chùm tia catod) tới đập vào một miếng kim loại cĩ nguyên tử lượng lớn dùng làm đối catod (platin, vonfram,..) (Hình 3.1) Hình 3.1- Mơ hình ống Roёntgen Đặt vào anod và catod của ống một hiệu điện thế U. Electron chuyển động trong điện trường, bị lực điện trường tác dụng lên một cơng dương. Áp dụng định lý động năng ta cĩ: WRđR - WRđ0R = eU Vì vận tốc ban đầu của các electron khi bứt ra khỏi catod thường nhỏ hơn rất nhiều so với vận tốc của electron đập vào đối catod nên WRđ R>> W Rđ0R. Thơng thường, ta bỏ qua động năng ban đầu của chùm electron ⇒WRđ R= eU. Động năng của chùm electron đến đập vào đối catod một phần tạo thành tia X cĩ năng lượng hƒ, một phần làm nĩng đối catod. Theo định luật bảo tồn và chuyển hĩa năng lượng ta cĩ: WRđR = hƒ + Q - Nếu tồn bộ động năng này chuyển thành năng lượng của tia Roёntgen thì tia Roёntgen cĩ tần số lớn nhất ứng với bước sĩng nhỏ nhất thỏa : ax axWm đ m eUhf eU f h = = ⇒ = ; min min hc hceU eU λ λ = ⇒ = - Nếu tồn bộ động năng này chuyển thành nhiệt lượng làm nĩng đối catod thì: Q = WRđR = eU 3.1.3.10- Mẫu nguyên tử Bohr - Hai giả thuyết (tiên đề) Bohr Giả thuyết 1: Nguyên tử chỉ tồn tại ở những trạng thái cĩ năng lượng xác định E R1R, ER2R,… gọi là các trạng thái dừng. Ở các trạng thái dừng, nguyên tử khơng bức xạ năng lượng. Bình thường nguyên tử ở trạng thái cơ bản, cĩ năng lượng thấp nhất. ∗ Đối với nguyên tử hydro, năng lượng của nguyên tử ứng với trạng thái dừng thứ n: 2 13,6 ( ) n 1, 2, 3,...nE eVn − = = Giả thuyết 2: Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng cĩ năng lượng ERm R sang E RnR (ERm R > ERnR) thì nguyên tử phát ra một photon cĩ năng lượng đúng bằng hiệu ERmR–ERnR. ε = hfRmnR = ERm R – ERn ƒRmnR: Tần số sĩng ánh sáng ứng với photon đĩ. Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng cĩ năng lượng ERnR thấp mà hấp thụ được một photon cĩ năng lượng hfRmnR đúng bằng hiệu ERmR – E RnR thì nĩ chuyển lên trạng thái dừng cĩ năng lượng ERmR lớn hơn. - Hệ quả quan trọng Trong các trạng thái dừng, electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân theo những quỹ đạo cĩ bán kính hồn tồn xác định, gọi là các quỹ đạo dừng. Đối với nguyên tử hydro, bán kính quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ bình phương các số nguyên liên tiếp: 2 0nr n r= Với 110r 5,3.10 m−= : Bán kính Bohr Bán kính của quỹ đạo thứ nhất K (là quỹ đạo gần hạt nhân nhất) là rR0R, của quỹ đạo thứ hai L là 4rR0R, của quỹ đạo thứ ba M là 9rR0,R… 3.1.3.11- Quang phổ vạch của nguyên tử Hydro Quang phổ vạch của nguyên tử hydro gồm nhiều dãy vạch xác định, tách rời nhau. Cĩ nhiều dãy quang phổ, trong chương trình trung học phổ thơng chỉ tìm hiểu về 3 dãy: Lyman, Balmer, Paschen. - Dãy Lyman gồm một số vạch trong vùng tử ngoại. Các vạch này được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ngồi (L, M, N,…) về quỹ đạo K, ứng với nguyên tử chuyển từ trạng thái cĩ mức năng lượng lớn hơn (ER2R, ER3R, ER4R,…) về trạng thái dừng cĩ mức năng lượng thấp nhất ER1R. - Dãy Balmer gồm những vạch nằm trong vùng tử ngoại và 4 vạch nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy ( H RαR (đỏ), HRβ R (lam), HRγR (chàm), HRδR (tím)). Các vạch quang phổ trong dãy Balmer được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo bên ngồi về quỹ đạo L, ứng với sự chuyển nguyên tử từ trạng thái cĩ mức năng lượng lớn hơn về trạng thái cĩ mức năng lượng ER2R. - Dãy Paschen gồm các vạch nằm trong vùng hồng ngoại. Các vạch trong dãy Paschen được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo bên ngồi về quỹ đạo M, ứng với nguyên tử chuyển từ trạng thái cĩ mức năng lượng lớn hơn về trạng thái cĩ mức năng lượng ER3 R. ∗ Cơng thức thực nghiệm xác định bước sĩng bức xạ do nguyên tử phát ra: 2 2 1 1 1 mn R m nλ  = −    Với R là hằng số Rydberg = 1,097.10P7P mP-1 Hình 3.2- Sơ đồ quang phổ vạch của nguyên tử hydro. 3.2- HỆ THỐNG BÀI TẬP 3.2.1- Bài tập định tính Bài 1. Trong thí nghiệm đối với một tế bào quang điện, kim loại dùng làm catod cĩ bước sĩng giới hạn λROR. Khi chiếu lần lượt các bức xạ cĩ bước sĩng λR1R < λR2 R < λR3R < λROR thì đo được hiệu điện thế hãm tương ứng là URh1R, URh2R, URh3R. Nếu chiếu đồng thời cả ba bức xạ trên thì hiệu điện thế hãm của tế bào quang điện là bao nhiêu? Bài 2. Dựa vào đồ thị hình 3.3, hãy so sánh cơng thốt Natri và Kali. Hình 3.3- Đồ thị bài 2 Hình 3.4- Đường đặc trưng Vơn - Ampe bài 4 Bài 3. Trong tế bào quang điện, dịng quang điện cĩ thể triệt tiêu với hiệu điện thế U RAK R >0 được khơng? Bài 4. Cho hai chùm sáng đơn sắc cĩ cường độ, bước sĩng theo thứ tự là JR1R, λ R1R và JR2R, λ R2R lần lượt chiếu vào catod của một tế bào quang điện. Ta biểu diễn được đường đặc trưng Vơn-Ampe (Hình 3.4). Hãy so sánh 1 2,λ λ và JR1R, JR2. Bài 5. Khi chiếu bức xạ kích thích λ qua một lượng khí hydro ở trạng thái cơ bản ta thấy chất khí phát ra ba bức xạ đơn sắc với bước sĩng khác nhau. Trong ba bức xạ đĩ chỉ cĩ một bức xạ thuộc ánh sáng khả kiến. Ánh sáng đĩ cĩ màu gì? 3.2.2- Bài tập định lượng 3.2.2.1. Chủ đề 1 – Hiện tượng quang điện Vấn đề 1: Xác định các đặc trưng của kim loại (λ0, A); electron quang điện (Wđomax; vomax); dịng quang điện ( Ibh; Uh); điện thế cực đại. Bài 1. Khi chiếu bức xạ cĩ bước sĩng 0,405 µm vào bề mặt catod của một tế bào quang điện, ta được một dịng quang điện bão hịa cĩ cường độ i. Cĩ thể làm triệt tiêu dịng điện này bằng hiệu điện thế hãm 1,26 V. Tìm giới hạn quang điện của kim loại làm catod. Bài 2. Chiếu một bức xạ cĩ bước sĩng 0,390 µm lên catod của một tế bào quang điện thì hiệu điện thế hãm là 0,76 V. Nếu thay bức xạ kích thích trên bằng bức xạ cĩ bước sĩng 0,550 µm thì vận tốc ban đầu cực đại của electron lúc này bằng bao nhiêu? Bài 3. Người ta chiếu ánh sáng cĩ bước sĩng 0,450 µm vào hai tế bào quang điện cĩ cơng thốt 4,14 eV và 2,70 eV. Tính hiệu điện thế hãm của mỗi tế bào quang điện. Bài 4. Giới hạn quang điện của rubi là 0,810 µm. Nếu bước sĩng tới giảm bớt dλ thì phải tăng hiệu điện thế hãm lên 0,15 V. Tính dλ? Bài 5. Biết cơng thốt của đồng là 4,47 eV. a. Hỏi khi chiếu bức xạ điện từ cĩ bước sĩng 0,140 µm vào một quả cầu đồng cơ lập về điện thì quả cầu đạt điện thế cực đại bằng bao nhiêu? b. Thay đổi bức xạ kích thích chiếu vào quả cầu đĩ để điện thế cực đại đạt được là V’ = 3V. Tính bước sĩng kích thích và động năng ban đầu của electron quang điện? Vấn đề 2: Cơng suất bức xạ và hiệu suất lượng tử. Bài 6. Chiếu một ánh sáng cĩ bước sĩng 0,489 µm lên catod của một tế bào quang điện thì hiệu điện thế hãm là 0,39 V; dịng quang điện bão hịa là 5 mA và cơng suất ánh sáng chiếu tới là 1,25 W. Hãy tìm hiệu suất lượng tử. Bài 7. Chiếu bức xạ kích thích cĩ bước sĩng 0,300 µm và cường độ 3 W/mP2P vào bề mặt một kim loại. Tính số quang electron phát ra trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian. Biết hiệu suất lượng tử là 5%. Bài 8. Chiếu bức xạ cĩ tần số 6,25.10P14P Hz lên catod của một tế bào quang điện cĩ giới hạn quang điện là 0,576 µm. Hãy tính cơng suất bức xạ chiếu tới catod, biết số điện tử bật ra khỏi catod trong một giây là 5,25.10P16P hạt, bằng 20% số photon đập vào catod trong 1giây. Bài 9. Chiếu bức xạ cĩ bước sĩng 0,450 µm vào catod của một tế bào quang điện ta được dịng quang điện bão hịa i. Biết cứ 5 photon đập vào thì cĩ 1 electron bị bứt ra khỏi catod. Nếu mỗi giây cĩ 3,06.10P19P photon chiếu đến thì cường độ dịng quang điện bão hịa thì cơng suất bức xạ của nguồn là bao nhiêu? Vấn đề 3: Chuyển động của electron quang điện trong điện trường và từ trường. Bài 10. Catod của một tế bào quang điện được phủ một lớp cesi, cĩ cơng thốt 1,9 eV. Chiếu lên catod một chùm sáng đơn sắc bước sĩng 0,560 µm. Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các quang electron quang điện và hướng nĩ vào từ trường đều cĩ B r vuơng gĩc với vectơ vận tốc của quang electron, và độ lớn 6,1.10P-5P T. Xác định bán kính quỹ đạo cực đại của các quang electron đi trong từ trường. Bài 11. Tính từ trường cần thiết để uốn cong quỹ đạo theo một bán kính 20 cm của các quang electron trên bề mặt kim loại bari phát ra dưới tác dụng của ánh sáng kích thích cĩ bước sĩng 4000AP0P. Cho cơng thốt của bari là 2,5 eV và vận tốc của quang electron vuơng gĩc với cảm ứng từ B r . Bài 12. Một điện cực phẳng bằng nhơm được rọi bởi bức xạ bước sĩng 83 nm. a. Quang electron cĩ thể rời xa khỏi bề mặt kim loại một khoảng tối đa là bao nhiêu nếu bên ngồi điện cực cĩ một điện trường cản là 7,5 V/cm? Cho biết giới hạn quang điện của nhơm là 332 nm. b. Nếu khơng cĩ điện trường hãm, và điện cực được nối đất qua điện trở 1MΩ thì dịng điện cực đại qua điện trở (đạt được khi chùm sáng đủ mạnh) là bao nhiêu? Bài 13. Anod của một tế bào quang điện là tấm kim loại phẳng, đặt đối diện và cách catod 1 cm. Thiết lập giữa anod và catod một hiệu điện thế 18,2 V và chiếu lên catod một chùm sáng hẹp cĩ bước sĩng 0,33 µm. Xác định bán kính lớn nhất của vùng electron đập lên anod. Vấn đề 4: Xác định hằng số Plank. Bài 14. Khi chiếu bức xạ cĩ bước sĩng 0,236 µm vào catod của một tế bào quang điện thì hiệu điện thế hãm là 2,749 V. Khi chiếu bức xạ 0,138 µm thì hiệu điện thế hãm là 6,487 V. Hãy xác định hằng số Plank. Bài 15. Người ta rọi vào catod của một tế bào quang điện các bức xạ kích thích đơn sắc. Với bức xạ cĩ tần số 2,200.10P15 PHz thì cĩ hiệu điện thế hãm URhR. Khi dùng bức xạ tần số 2,538.10P15P Hz thì hiệu điện thế hãm tăng thêm 1,4 V. Hãy xác định hằng số Plank. 3.2.2.2- Chủ đề 2: Ống Roёntgen Vấn đề 1: Tính bước sĩng nhỏ nhất- tần số cực đại. Bài 1. Trong một ống Roёntgen người ta tạo ra một hiệu điện thế khơng đổi 2.10P4P V giữa 2 cực. Tính tần số cực đại của tia Roёntgen. Bài 2. Một ống Roёntgen phát được bức xạ cĩ bước sĩng nhỏ nhất 5AP0P. Để tăng độ cứng của tia Roёntgen, người ta cho hiệu điện thế giữa 2 cực tăng thêm 500 V. Tính bước sĩng ngắn nhất của tia Roёntgen phát ra khi đĩ. Vấn đề 2: Cường độ dịng điện - Hiệu điện thế trong ống Roёntgen Bài 3. Trong một phút người ta đếm được 6.10P8P electron đập vào đối catod. Tính cường độ dịng quang điện trong ống Roёntgen. Bài 4. Khi tăng hiệu điện thế của một ống Roёntgen lên 1,5 lần thì bước sĩng cực tiểu của tia X biến thiên 26 pm. Hãy xác định hiệu điện thế ban đầu của ống. Vấn đề 3: Thơng số của chùm electron Bài 5. Electron trong đèn hình của một tivi màu được gia tốc với một hiệu điện thế xoay chiều cĩ giá trị hiệu dụng là 18 kV. Hãy tính vận tốc cực đại của electron khi va đập vào màn. Bài 6. Một ống Roёntgen phát được bức xạ cĩ bước sĩng nhỏ nhất là 5AP0P. Khi hoạt động, cường độ dịng điện qua ống là 0,002 A. Tính số quang electron đập vào đối catod mỗi giây. Nếu tồn bộ động năng của electron đến đập vào đối catod đều làm nĩng đối catod thì nhiệt lượng tỏa ra trên đối catod trong mỗi phút là bao nhiêu? 3.2.2.3- Chủ đề 3: Mẫu nguyên tử Bohr-Quang phổ vạch của nguyên tử hydro Vấn đề 1: Năng lượng của nguyên tử hydro ở các trạng thái dừng Bài 1. Xác định độ biến thiên năng lượng của electron trong nguyên tử hydro khi nĩ chuyển từ mức M về mức K. Bài 2. Khi chiếu lần lượt vào nguyên tử hydro ở trạng thái cơ bản các bức xạ mà photon cĩ năng lượng 6 eV; 12,75 eV. Trong mỗi trường hợp đĩ, nguyên tử hydro cĩ hấp thụ photon hay khơng? Và nếu cĩ thì nguyên tử hydro sẽ chuyển sang trạng thái cĩ năng lượng là bao nhiêu? Bài 3. Biết bước sĩng dài nhất trong dãy Lyman là 1215 AP0P, bước sĩng ngắn nhất trong dãy Balmer là 3650 AP0P. Hãy tính năng lượng ion hĩa nguyên tử hydro. Vấn đề 2: Thơng số của electron: bán kính quỹ đạo dừng, vận tốc chuyển động trên quỹ đạo dừng,... Bài 4. Nguyên tử hydro gồm một hạt nhân và một electron quay xung quanh hạt nhân này. Lực tương tác giữa hạt nhân và electron là lực Comlomb. Hãy tính vận tốc electron khi nĩ chuyển động trên quỹ đạo K và số vịng quay của electron trong một đơn vị thời gian. Bài 5. Photon cĩ năng lượng 16,5 eV làm bật electron ra khỏi nguyên tử hydro ở trạng thái cơ bản. Tính vận tốc cực đại của electron khi rời khỏi nguyên tử hydro. Vấn đề 3: Quang phổ vạch của nguyên tử hydro Bài 6. Khi kích thích nguyên tử hydro ở trạng thái cân bằng bằng việc hấp thụ photon cĩ năng lượng thích hợp, bán kính quang phổ dừng của quang electron tăng lên 9 lần. Tìm các bước sĩng của bức xạ mà nguyên tử cĩ thể phát ra. Bài 7. Những vạch quang phổ nào cĩ thể xuất hiện khi dùng chùm electron cĩ năng lượng 12,5 eV bắn phá các nguyên tử hydro ở trạng thái cơ bản. Bài 8. Cho một chùm electron bắn phá vào nguyên tử hydro ở trạng thái cơ bản để kích thích chúng. Chùm electron phải cĩ vận tốc cực tiểu bằng bao nhiêu để cĩ thể làm xuất hiện tất cả các vạch của quang phổ phát xạ của nguyên tử hydro. Bài 9. Dùng electron bắn vào nguyên tử hydro để kích thích nĩ. Muốn thu được 3 và chỉ 3 vạch phát xạ thì động năng ban đầu của electron phải bằng bao nhiêu? 3 vạch đĩ thuộc dãy nào? Cĩ bước sĩng bằng bao nhiêu? Bài 10. Áp dụng cơng thức thực nghiệm hãy cho biết: a. Bước sĩng dài nhất của dãy Lyman và bước sĩng ngắn nhất của dãy Balmer. b. Vạch cĩ bước sĩng 102 nm ứng với sự chuyển giữa các mức nào? Bài 11. Bước sĩng của vạch phổ thứ nhất trong dãy Lyman là 0,122 µm và 2 vạch đầu trong dãy Balmer là 0,656 µm; 0,486 µm. Hãy tìm bước sĩng của vạch thứ 2 trong dãy Lyman và vạch đầu tiên của dãy Paschen. 3.2.3- Bài tập thí nghiệm Bài 1. Trong thí nghiệm với tế bào quang điện cĩ catod làm bằng cesi cơng thốt 1,9 ev; khi chiếu ánh sáng từ nguồn đơn sắc x thì xảy ra hiện tượng quang điện. Bằng các dụng cụ: Vơn kế, điện kế, nguồn điện một chiều, biến trở; hãy xác định bước sĩng của ánh sáng kích thích. Bài 2. Với các dụng cụ: nguồn sáng, kính lọc sắc, vơn kế, điện kế, nguồn điện một chiều, biến trở; hãy xác định kim loại làm catod của một tế bào quang điện. 3.2.4- Bài tập trắc nghiệm 3.2.4.1- Câu hỏi định tính Câu 1: Chiếu ánh sáng tử ngoại vào bề mặt catot của 1 tế bào quang điện sao cho cĩ electron bứt ra khỏi catot. Cách nào dưới đây khơng thể làm tăng động năng ban đầu cực đại của elctron bứt khỏi catod? A. Thay ánh sáng tử ngoại bằng tia X. B. Thay ánh sáng trên bằng ánh sáng khác cĩ bước sĩng nhỏ hơn. C. Thay ánh sáng tử ngoại bằng ánh sáng khác cĩ tần số lớn hơn. D. Vẫn dùng ánh sáng trên nhưng tăng cường độ sáng. Câu 2: Chiếu một bức xạ cĩ bước sĩng λ vào một đám khí hydro ở trạng thái cơ bản thì thấy đám khí này cĩ thể phát ra tối đa 3 vạch quang phổ λR1R <λR2 R <λR3 R. λ cĩ giá trị bằng bao nhiêu? A. λ = λR1R B. λ ≤ λR1 C. λ = λR3R D. λ ≤ λR3 3.2.4.2. Câu hỏi định lượng Câu 3: Catod của tế bào quang điện làm bằng vonfram cĩ cơng thốt bằng 7,2.10P-19P J. Giới hạn quang điện của vonfram là A. 0,475 µm B. 0,425 µm C. 0, 375 µm D. 0,276 µm Câu 4: Vạch thứ hai của dãy Lyman cĩ bước sĩng 0,102 μm. Biết năng lượng cần thiết tối thiểu để bứt electron ra khỏi nguyên tử hydro từ trạng thái cơ bản là 13,6 eV. Bước sĩng ngắn nhất của vạch quang phổ trong dãy Paschen là A. 0,048 μm B. 0,832 μm C. 0,072 μm D 1,866 μm 3.3- HƯỚNG DẪN VÀ GIẢI 3.3.1- Bài tập định tính Bài 1. Bài tập địi hỏi học sinh phải hiểu được sự phụ thuộc của hiệu điện thế hãm vào bước sĩng của bức xạ kích thích. Bài tập giúp học sinh củng cố, khắc sâu kiến thức. Giáo viên cĩ thể sử dụng trong phần củng cố sau bài học. - UTĩm tắt: Chiếu lần lượt λR1R < λR2R < λR3R < λROR URh1R, URh2R và URh3 Nếu chiếu đồng thời cả λR1R < λR2R < λR3R URh R=? - UHướng dẫnU: Giáo viên Học sinh (1). Điều kiện để dịng quang điện bị triệt tiêu. (2). URhR phụ thuộc thế nào vào λ? (3). Hãy so sánh URh1R, URh2R, URh3R và - (1). URAKR ≤ -URh (2). URhR tỉ lệ nghịch với λ (3). Vì λR1R URh2R>URh3R và -URh1R<-URh2R<-URh3R. URh1R, -URh2R, -URh3R. (4). Khi chiếu đồng thời cả 3 bức xạ, đặt giữa catod và anod hiệu điện thế U = -URh3 Rthì bức xạ nào cĩ thể gây ra hiện tượng quang điện? (5). Giảm U = -URh2 Rthì bức xạ nào cĩ thể gây ra hiện tượng quang điện? (6). Giảm U = -URh1 Rthì bức xạ nào cĩ thể gây ra hiện tượng quang điện? (7). Vậy URhR =? (4). Khi chiếu đồng thời cả 3 bức xạ, đặt giữa catod và anod hiệu điện thế U = - URh3 Rthì bức xạ λR2R, λR1R.cĩ thể gây ra hiện tượng quang điện (5). Giảm U = -U Rh2 Rthì bức xạ λR1 R cĩ thể gây ra hiện tượng quang điện . (6). Giảm U = -URh1 Rthì khơng bức xạ nào cĩ thể gây ra hiện tượng quang điện. (7). URhR = URh3 - UGiải: 0maxđ h hc A W A eU λ = + = + ⇒ URhR tỉ lệ nghịch với λ Vì λR1R URh2R>URh3R và -U Rh1R<- URh2R<-URh3 Khi chiếu đồng thời cả 3 bức xạ, đặt giữa catod và anod hiệu điện thế U = -URh1 Rthì bức xạ λR1R, λR2 Rcĩ thể gây ra hiện tượng quang điện. Giảm U = -URh2 Rthì chỉ cĩ bức xạ λR1R gây ra dịng quang điện. Và khi U = -URh1R thì khơng cĩ bức xạ nào cĩ thể gây ra hiện tượng quang điện ⇒ Hiệu điện thế hãm trong trường hợp này URh R= -URh1. Bài 2. Bài tập đơn giản, giúp học sinh củng cố, khắc sâu kiến thức và rèn luyện khả năng nhận biết đồ thị. Giáo viên cĩ thể sử dụng trong phần củng cố sau bài học. U- Tĩm tắt: Dựa vào đồ thị đã cho  so sánh A. - UHướng dẫnU: Giáo viên Học sinh (1). λR0R tương ứng ƒR0 Rcĩ ý nghĩa gì? (2). ƒ và λ liên hệ với nhau qua cơng thức nào? (3). Hãy so sánh λR0NR và λR0KR. (4). λR0 Rvà A liên hệ với nhau qua cơng thức nào? (5). So sánh ARNR và ARKR. (1). λR0R là giới hạn quang điện. (2). hcf λ = (3). 0 0 0 0N K N Kf f λ λ (4). 0 hcA λ = (5). 0 0N Kλ λ> ⇒ 0 0N KA A< - UGiải: Theo đồ thị ta thấy, λR0R tương ứng ƒ R0 Rchính là giới hạn quang điện của kim loại. Vì hcf λ = và 0 0N Kf f . Ta lại cĩ cơng thức 0 hcA λ = mà 0 0N Kλ λ> ⇒ 0 0N KA A< Bài 3. Bài tập đơn giản chỉ cần học sinh hiểu được thí nghiệm về tế bào quang điện đã trình bày trong sách giáo khoa là đã cĩ thể trả lời được. Giáo viên cĩ thể sử dụng bài tập này trong phần củng cố sau bài học hoặc để kiểm tra miệng. - UTĩm tắt:U Dịng quang điện cĩ thể triệt tiêu với hiệu điện thế URAKR > 0? - UHướng dẫn: Giáo viên Học sinh (1). Khi đặt vào một hiệu điện thế thì giữa catod và anod xuất hiện mơi trường gì? (2). Điện trường này cĩ tác động gì lên các quang electron? (3). Khi URAKR>0 thì lực điện trường này cĩ hướng như thế nào? (4). Các quang electron sẽ chuyển động ra sao? (5). Dịng quang điện cĩ thể bị triệt tiêu khơng? (1). Khi đặt vào một hiệu điện thế thì giữa catod và anod xuất hiện một điện trường. (2). Điện trường này gây ra lực điện trường lên quang electron. (3). Khi URAK R>0 thì lực điện trường này cĩ hướng từ catod sang anod. (4). Các quang electron được gia tốc, chuyển động với vận tốc lớn hơn sang anod. (5). Dịng quang điện khơng thể bị triệt tiêu. - UGiải: Khi đặt một hiệu điện thế U vào giữa catod và anod thì giữa chúng xuất hiện điện trường gây ra lực điện trường tác dụng lên quang electron, khi URAK R>0 thì lực điện trường này cĩ hướng từ catod sang anod (KA). Các electron được gia tốc, chuyển động với vận tốc lớn hơn sang anod. Vậy nên dịng quang điện khơng thể bị triệt tiêu. Bài 4. Bài tập giúp học sinh nắm vững đặc tuyến Vơn - Ampe của tế bào quang điện. Bài tập khơng quá khĩ, giáo viên cĩ thể sử dụng để củng cố sau bài học hoặc kiểm tra 15 phút. - UTĩm tắt: Dựa vào đồ thị, so sánh 1 2 0, ,λ λ λ ; và JR1R, JR2.R - UHướng dẫn: Giáo viên Học sinh (1). Hãy xác định -URh1R ;- U Rh2R ;IRbh1R ; IRbh2R trên đồ thị. (2). URhR liên hệ với λ như thế nào? (3). So sánh URh1R và URh2R. (4). So sánh λR1R và λR2R. (5). IRbhR tỉ lệ như thế nào với J? (6). So sánh JR1R và JR2R. (1). Xác định -URh1R ;- U Rh2R ;IRbh1R ; IRbh2 Rtrên đồ thị. (2). URhR tỉ lệ nghịch với λ. (3). -URh1R > - URh2R nên URh1R < URh2 (4). λR1R>λR2R. (5). IRbhR tỉ lệ thuận với J. (6). IRbh1R > IRbh2R nên JR1R > JR2 - UGiải: Theo phương trình Einstein thì: 0maxđ h hc A W A eU λ = + = + ⇒ URhR tỉ lệ nghịch với λ. Vì -URh1R >- URh2R nên URh1R λR2R. Cường độ của dịng quang điện bão hịa tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích mà IRbh1R > IRbh2R nên JR1R > JR2R. Bài 5. Bài tập khá khĩ, địi hỏi học sinh phải vận dụng linh hoạt nhiều kiến thức về quang phổ của nguyên tử hydro. Bài tập giúp học sinh củng cố kiến thức, rèn luyện khả năng phân tích, tổng hợp và phát triển khả năng tư duy. Giáo viên nên sử dụng để rèn luyện, nâng cao kiến thức cho học sinh. - UTĩm tắt: Chiếu bức xạ kích thích λ qua một lượng khí hydro ở trạng thái cơ bản  phát ra ba bức xạ đơn sắc, cĩ một bức xạ thuộc ánh sáng khả kiến. Ánh sáng đĩ cĩ màu gì? - UHướng dẫn: Giáo viên Học sinh (1). Nguyên tử ở trạng thái cơ bản muốn phát ra 3 bức xạ đơn sắc thì phải nhảy lên mức kích thích nào? (2). Vẽ sơ đồ quang phổ vạch của nguyên tử (1). Nguyên tử phải nhảy lên mức kích thích thứ 2, quỹ đạo M. (2). Vẽ sơ đồ. (3). Ánh sáng khả kiến thuộc hydro. (3). Dãy nào cĩ chứa bức xạ là ánh sáng khả kiến? (4). Dãy Balmer được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ngồi về quỹ đạo nào? (5). Vạch nào thuộc dãy Balmer? (6). Bức xạ đĩ cĩ màu gì? dãy Balmer. (4). Electron chuyển từ các quỹ đạo ngồi về quỹ đạo L. (5). Vạch λRMLR thuộc dãy Balmer. (6). Bức xạ này là bức xạ H(α) cĩ màu đỏ. - UGiải: Nguyên tử ở trạng thái cơ bản hấp thụ các photon kích thích, muốn phát ra được 3 bức xạ đơn sắc thì nguyên tử phải nhảy lên mức kích thích thứ 2, quỹ đạo M. Bức xạ là ánh sáng khả kiến thuộc dãy Balmer. Dãy Balmer được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ngồi về quỹ đạo L. Vậy vạch ánh sáng khả kiến là vạch λRMLR. Đây chính là bức xạ H(α) cĩ màu đỏ. 3.3.2- Bài tập định lượng 3.3.2.1- Chủ đề 1: Hiện tượng quang điện Vấn đề 1: Xác định các đặc trưng của kim loại (λ0, A); electron quang điện (Wđomax; vomax ); dịng quang điện (ibh; Uh ); điện thế cực đại ∗ Phương pháp giải chung Áp dụng linh hoạt các cơng thức: + Giới hạn quang điện: A hc =0λ + Cơng thốt electron: 0λ hcA = Áp dụng cơng thức Einstein: max0đWA hc += λ ⇒ 2max0max0 2 1 mvhcWhcA đ −=−= λλ + Động năng ban đầu cực đại của electron: hđ eUmvW == 2max0max0 2 1 Áp dụng cơng thức Einstein: max0đWA hc += λ ⇒ AhcWđ −= λmax0 + Hiệu điện thế hãm: e mv e WU đoh 2 2 max0max == + Điện thế cực đại: e mv e WV đo 2 2 max0max max == ∗ Hướng dẫn và giải Bài 1. Bài tập ở mức độ vừa phải, rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng linh hoạt các cơng thức của hiện tượng quang điện và phương trình Einstein. Giáo viên cĩ thể sử dụng để củng cố sau bài học hoặc tiết bài tập. - UTĩm tắt: λ = 0._. max 1 1 4B n n λ  ⇔ − ⇒ = ∞    ( ) 7 6min min 1 1 0 1,097.10 0,0911.10 ( )B B R mλ λ −= − = ⇒ = b. Ta cĩ λRLR < λRBR < λRPR mà λ < λRBminR ⇒ λ thuộc dãy Lyman → n = 1. 7 2 2 2 6 2 1 1 1 1 1 11 1,097.10 1 3 1 0,102.10L R R m m m mλ −      = − = − ⇔ = − ⇒ =            Vậy bước sĩng λ = 102 nm chính là vạch λR31R trong dãy Lyman ứng với sự chuyển mức từ trạng thái kích thích cĩ năng lượng ER3R về trạng thái cơ bản, chuyển từ quỹ đạo M về quỹ đạo K. UĐáp sốU: a. λRLmaxR = 0,1215 µm; λRBminR = 0,0911 µm b. Chuyển từ quỹ đạo M về K Bài 11. Bài tập khơng quá phức tạp nhưng nếu học sinh khơng biết cách phân tích và vận dụng cơng thức thì rất dễ bị rối. Bài tập thích hợp cho việc rèn luyện khả năng phân tích cũng như tư duy logic, kỹ năng tính tốn cho học sinh. Giáo viên cĩ thể sử dụng để kiểm tra 1 tiết. - UTĩm tắt: λR21R = 0,122 µm = 0,121.10P-6P m λR32R = 0,656 µm = 0,656.10P-6P m λR42R = 0,486 µm = 0,486.10P-6P m λR31R = ? λR43R = ? - UCác mối liên hệ cần xác lập: + Bước sĩng của các vạch quang phổ thỏa mãn hệ thức: 4 3 3 1 43 31 2 1 3 2 4 2 21 32 42 ; ; ; m n mn hc hc hcE E E E E E hc hc hcE E E E E E λ λ λ λ λ λ = − ⇒ = − = − = − = − = − (I) + Từ các biểu thức trên ta thấy: 3 1 3 2 2 1 31 32 21 31 32 21 4 3 4 2 2 3 43 42 21 43 42 32 1 1 1 1 1 1 hc hc hcE E E E E E hc hc hcE E E E E E λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ = − = − + − = + ⇔ = + = − = − + − = − ⇔ = − (II) + Suy ra các bước sĩng cần tìm. (III) - USơ đồ tiến trình giảiU: (I) → (II) → (III) - UHướng dẫn: Giáo viên Học sinh (1). Hệ thức năng lượng của các vạch phổ. (2). Áp dụng hệ thức trên cho các bước sĩng: λR31R, λR43R, λR21R, λR41R, λR32R. (3). 3 1 3 2 2 1E E E E E E− = − + − nên 31 ?hc λ = (4). Tương tự 43 ?hc λ = (5). Từ các hệ thức liên hệ vừa tìm được tính λR31R, λR43R. (1). m n mn hc E E λ = − (2). 4 3 3 1 43 31 ;hc hcE E E E λ λ = − = − 2 1 3 2 21 32 ; ;hc hcE E E E λ λ = − = − 4 2 42 hc E E λ = − (3). 31 32 21 31 32 21 1 1 1hc hc hc λ λ λ λ λ λ = + ⇔ = + (4). 43 42 21 43 42 21 1 1 1hc hc hc λ λ λ λ λ λ = − ⇔ = − (5). ⇒ λR31R, λR43 - UGiải: Bước sĩng của các vạch quang phổ thỏa mãn hệ thức: m n mn hc E E λ = − 4 3 3 1 43 31 2 1 3 2 4 2 21 32 42 ; ; ; ; hc hcE E E E hc hc hcE E E E E E λ λ λ λ λ ⇒ = − = − = − = − = − Ta thấy: 3 1 3 2 2 1 31 32 21 hc hc hcE E E E E E λ λ λ = − = − + − = + 6 316 6 31 32 21 1 1 1 1 1 0,102.10 ( ) 0,656.10 0,121.10 mλ λ λ λ − − −⇔ = + = + ⇒ = Tương tự: 4 3 4 2 2 3 43 42 21 hc hc hcE E E E E E λ λ λ = − = − + − = − 6 436 6 43 42 32 1 1 1 1 1 1,875.10 ( ) 0,486.10 0,656.10 mλ λ λ λ − − −⇔ = − = − ⇒ = UĐáp sốU: λR31R = 0,102 µm ; λR43R = 1,875 µm 3.2.3- Bài tập thí nghiệm Bài tập thí nghiệm đối với tế bào quang điện giúp học sinh hiểu được nguyên tắc, các bước tiến hành. giúp rèn luyện cho học sinh kĩ năng thực hành và đồng thời giải bài tốn như một bài tập định lượng. Giáo viên nên sử dụng dạng bài này trong các tiết thực hành. ∗ Phương pháp giải chung - Vẽ sơ đồ thí nghiệm. - Đo những đại lượng cần thiết từ thí nghiệm. - Với dữ kiện đề bài cung cấp và những số liệu xác định được từ thí nghiệm, tiến hành giải các bài tốn như cách làm ở Bài tập định lượng. - Tiến hành đo đạc và tính tốn số liệu. - Viết báo cáo thí nghiệm. ∗ Hướng dẫn và giải Bài 1. - UHướng dẫn: Giáo viên Học sinh (1). Yêu cầu Học sinh vẽ sơ đồ thí nghiệm. (2). Bằng sơ đồ trên ta cĩ thể xác định được những đại lượng nào? (3). Để tính λ ta dựa vào phương trình nào? (4). WRđomaxR được tính thơng qua URhR như thế nào? (1). Vẽ sơ đồ thí nghiệm. (2). Ta cĩ thể xác định được A và URhR. (3). 2 0max 2 mvch A λ = + (4). 2 0 ax 0maxW 2 m d h mv eU= = - UGiải: UI. Cơ sở lý thuyết: U1. Mục đích:U Xác định bước sĩng ánh sáng gây ra hiện tượng quang điện. U2. Sơ đồ thí nghiệm:U (Hình 3.6) U3. Cơ sở lý thuyết: Để xác định λ ta dựa vào phương trình Einstein: 2 0max 2 mvch A λ = + WRđomaxR được tính thơng qua cơng thức: 2 0 ax maxW 2 m d h mv eU= = h h c hch A eU A eU λ λ ⇒ = + ⇔ = + U4. Các bước tiến hành thí nghiệm: UBước 1U: Lắp đặt thí nghiệm theo sơ đồ. UBước 2U: Vặn biến trở từ từ để thay đổi giá trị của URAKR. Đọc giá trị của vơn kế khi điện kế chỉ số 0. Đây chính là hiệu điện thế hãm. UBước 3U: Tiến hành đo 5 lần. UBước 4U: Ghi vào bảng và tính tốn sai số. UII. Kết quả thí nghiệm. U1.Bảng số liệuU: Lần đo 1 2 3 4 5 Trung bình URh λ U2. Sai sốU: U3. Kết quảU: Bài 2. - UHướng dẫn: Giáo viên Học sinh (1). Yêu cầu học sinh vẽ sơ đồ thí nghiệm. (2). Bằng sơ đồ trên ta cĩ thể tìm được những đại lượng nào? (1). Vẽ sơ đồ thí nghiệm. (2). Ta cĩ thể tìm được λ, URhR. (3). Để xác định kim loại làm catod ta dựa vào giới hạn quang điện λR0R. (3). Để xác định kim loại làm catod ta dựa vào đại lượng nào? (4). Cơng thức tính λR0R. (5). A được tính dựa vào phương trình nào? (6). WRđomaxR được tính thơng qua cơng thức liên hệ với URhR như thế nào? (4). 0 hc A λ = (5). 0 ax 0 axW Wd m d m hc hcA A λ λ = + ⇒ = − (6). 2 0 ax maxW 2 m d h mv eU= = - UGiải: UI. Cơ sở lý thuyết: U1. Mục đích:U Xác định kim loại làm catod. U2. Sơ đồ thí nghiệm:U (Hình 3.7) U3. Cơ sở lý thuyết: Để xác định kim loại làm catod ta dựa vào giới hạn quang điện λR0R. Giới hạn quang điện λR0R được tính bằng cơng thức 0 hc A λ = Để xác tìm A ta dựa vào phương trình Einstein: 0 ax 0 axW Wd m d m hc hcA A λ λ = + ⇒ = − WRđomaxR được tính thơng qua cơng thức: maxWd heU= Vậy 0h h hc hcA eU hc eU λ λ λ = − ⇒ = − U4. Các bước tiến hành thí nghiệm: UBước 1U: Lắp đặt thí nghiệm theo sơ đồ. UBước 2U: Vặn biến trở từ từ để thay đổi giá trị của URAK R. Đọc giá trị của vơn kế khi điện kế chỉ số 0. Đây chính là hiệu điện thế hãm. UBước 3U: Tiến hành đo 5 lần. UBước 4U: Ghi vào bảng và tính tốn sai số. UII. Kết quả thí nghiệm. U1.Bảng số liệuU: Lần đo 1 2 3 4 5 Trung bình URh λR0 U2. Sai sốU: U3. Kết quảU: 3.2.4- Bài tập trắc nghiệm 3.2.4.1- Câu hỏi định tính Câu 1. Câu hỏi lý thuyết khơng quá khĩ, chỉ yêu cầu học sinh nhớ mối liên hệ giữa WRđ0maxR, ƒ, λ và thang sĩng điện từ. Giáo viên sử dụng những câu hỏi dạng này để kiểm tra đánh giá học sinh ở mức độ trung bình. Đáp án: D - UHướng dẫn: Giáo viên Học sinh (1). Viết phương trình liên hệ giữa WRđ0maxR và ƒ, λ. (2). Muốn tăng W Rđ0maxR thì ƒ, λ phải như thế nào? (3). Ta loại được đáp án sai nào? (4). So sánh bước sĩng của tia X và tia tử ngoại để biết đáp án A là đúng hay sai. (5). Cường độ sáng cĩ ảnh hưởng đến WRđ0maxR khơng? (6). Kết luận. (1). axWdom chf h A λ = = + (2). Vì A khơng đổi nên để tăng WRđomaxR thì phải tăng ƒ, giảm λ. (3). Ta loại được đáp án B, C (4). Bước sĩng của tia X nhỏ hơn bước sĩng của tia tử ngoại ⇒ A sai. (5). Cường độ sáng khơng làm ảnh hưởng đến WRđ0maxR. (6). D là đáp án đúng. Câu 2. Câu hỏi định tính khĩ. Học sinh cần biết vận dụng linh hoạt các kiến thức về quang phổ vạch của nguyên tử hydro. Giáo viên nên sử dụng những câu hỏi dạng này để kiểm tra đánh giá học sinh ở mức độ khá – giỏi. Đáp án: A - UHướng dẫn: Giáo viên Học sinh (1). Muốn phát ra 3 vạch phổ thì nguyên tử cần nhảy lên mức kích thích (1). Muốn phát ra 3 vạch phổ thì nguyên tử cần nhảy lên mức kích thích nào? (2). Hãy vẽ sơ đồ các mức năng lượng. (3). Để nhảy lên mức kích thích thứ 2 thì nguyên tử cần hấp thụ photon λ cĩ giá trị như thế nào? (4). Giữa sự chuyển mức năng lượng và bước sĩng của vạch phát xạ cĩ mối liên hệ như thế nào? (5). So sánh các vạch phổ: λR31R ; λR21R; λR23 (6). λR1R = ? ; λR2R = ?; λR3R = ? (7). Kết luận. thứ 2. (2). Vẽ sơ đồ các mức năng lượng. (3). Nguyên tử cần hấp thụ photon λ = λR31 (4). Sự chuyển mức năng lượng càng lớn thì bước sĩng của vạch phổ phát xạ càng ngắn. (5). λR31R <λR21R <λR32 (6). Theo đề λR1R <λR2R <λR3R nên λR1R = λR31R ; λR2R = λR31R; λR3R = λR31 (7). λ = λR1R ⇒ A là đáp án đúng. 3.3.4.2- Câu hỏi định lượng Câu 3. Câu hỏi đơn giản, chỉ cần học sinh nhớ cơng thức tính giới hạn quang điện và tính tốn chính xác là cĩ thể chọn được đáp án đúng. Giáo viên sử dụng những câu hỏi dạng này để đánh giá học sinh ở mức độ trung bình. Đáp án: D - UHướng dẫn: Giáo viên Học sinh Cơng thức tính λR0R. 34 8 6 0 19 6,625.10 .3.10 0,276.10 7,2.10 hc A λ − − −= = = Câu 4. Đây là một bài tốn địi hỏi học sinh phải biết phân tích và vận dụng nhiều cơng thức. Cách giải giống như Bài tập định lượng (Vấn đề 3- phần 3.2.2.3). Giáo viên sử dụng những câu hỏi dạng này để đánh giá học sinh ở mức độ khá. Đáp án: A - UHướng dẫn: Giáo viên Học sinh (1). Dãy Paschen được hình thành khi nào? (2). λRPminR được nguyên tử phát (1). Dãy Paschen được hình thành khi electron nguyên tử chuyển từ các mức năng lượng lớn hơn về trạng thái cĩ năng lượng ER3 R. ra khi chuyển từ trạng thái kích thích nào về trạng thái cĩ năng lượng ER3. (3). Viết hệ thức năng lượng ⇒ λRPminR. (4). Cơng thức tính năng lượng ở các trạng thái dừng? (5). ER3R = ? ER∞R = ? (2). λRPminR được nguyên tử phát ra khi chuyển từ trạng thái cĩ năng lượng E R∞ Rvề trạng thái cĩ năng lượng ER3. (3). 3 min min 3 P P hc hcE E E E λ λ ∞ ∞ = − ⇒ = − (4). 2 13,6 nE n − = (5). 3 2 13,6 ; 0 3 E E∞ − = = 4.4- BÀI TẬP THAM KHẢO 4.4.1- Bài tập định tính Bài 1. Tại sao khơng thể giải thích các định luật quang điện bằng thuyết sĩng ánh sáng? UGiải: Theo thuyết sĩng ánh sáng, khi rọi bức xạ kích thích lên mặt catod, điện trường biến thiên của bức xạ làm cho các electron trong kim loại dao động cưỡng bức. Ánh sáng kích thích càng mạnh thì điện trường tác dụng càng lớn khiến cho các electron dao động càng mạnh đến mức cĩ thể bật ra khỏi kim loại. Vậy: - Hiện tượng quang điện cĩ thể xảy ra với bất kì bức xạ kích thích nào miễn là cĩ cường độ đủ mạnh. - Động năng ban đầu của các quang electron phụ thuộc vào cường độ bức xạ kích thích. ⇒ Mâu thuẫn với các kết quả thực nghiệm. Bài 2. Thuyết photon ánh sáng đơn giản cho rằng ánh sáng đơn sắc gồm những hạt nhỏ chuyển động theo quỹ đạo thẳng. Hãy cho biết thuyết này mâu thuẫn với thuyết sĩng ánh sáng ở điểm nào. UGiải: Nếu ánh sáng đơn sắc chỉ đơn giản gồm những hạt nhỏ giống hệt nhau thì khi hai hạt chụm lại chúng sẽ tạo ra độ sáng gấp đơi so với một hạt. Điều này trái với hiện tượng giao thoa ánh sáng, khi ánh sáng kết hợp với nhau cĩ thể tạo thành vân sáng hoặc vân tối. Bài 3. Các tia Roёntgen tạo thành từ ống Roёntgen cĩ thể nhận nhiều giá trị bước sĩng khác nhau.Hãy cho biết tia Roёntgen cĩ bước sĩng nhỏ nhất được tạo thành như thế nào? UGiải: Đặt vào anod và catod của ống một hiệu điện thế U, khi quang electron chuyển động trong điện trường này thì lực điện trường sinh cơng dương tác động lên các quang electron này. Áp dụng định lý động năng ta cĩ: WRđR - WRđ0R = eU Vì vận tốc ban đầu của các electron khi bứt ra khỏi catod thường nhỏ hơn rất nhiều so với vận tốc của electron đập vào đối catod nên WRđ R>> WRđ0R. Thơng thường người ta bỏ qua động năng ban đầu của chùm electron nên WRđ R = eU. Động năng của chùm electron đến đập vào đối catod một phần tạo thành tia X cĩ năng lượng hƒ, một phần làm nĩng đối catod, Theo định luật bảo tồn và chuyển hĩa năng lượng ta cĩ: WRđR = hƒ + Q ⇒ Nếu tồn bộ động lượng này chuyển thành năng lượng của tia Roёntgen thì sẽ tạo ra tia Roёntgen cĩ tần số lớn nhất hay bước sĩng nhỏ nhất Bài 4. Hãy so sánh hiện tượng quang điện trong và hiện tượng quang điện ngồi. UGiải: UGiốngU: Ở cả 2 hiện tượng đều - Tạo ra electron dẫn. - Cĩ bước sĩng giới hạn λR0R. UKhácU: Hiện tượng quang điện ngồi Hiện tượng quang điện trong - Electron bị bứt ra khỏi khối chất kim loại. - Hạt mang điện là electron. - Bước sĩng giới hạn thường nằm vào vùng tử ngoại hoặc vùng khả kiến cĩ bước sĩng ngắn. - Electron chỉ bị bứt ra khỏi liên kết và vẫn di chuyển trong khối chất bán dẫn. - Hạt mang điện là electron và lỗ trống mang điện dương. - Bước sĩng giới hạn thường nằm trong vùng hồng ngoại. 2. Bài tập định lượng Bài 1. Catod của một tế bào quang điện làm bằng kim loại cĩ cơng thốt 1,90 eV, được chiếu bằng bức xạ đơn sắc cĩ bước sĩng 0,560 µm. a. Xác định giới hạn quang điện của kim loại làm catod. b. Tách ra một chùm hẹp các electron quang điện và hướng chúng vào một từ trường đều cĩ cảm ứng từ 6,1.10P-5P T. Biết vectơ cảm ứng từ vuơng gĩc với vectơ vận tốc ban đầu của electron. Hãy xác định quỹ đạo chuyển động của quang electron trong từ trường. UGiải: a. Giới hạn quang điện của kim loại làm catod: 34 8 6 0 19 6,625.10 .3.10 0,651.10 ( ) 1,9.1,6.10 hc m A λ − − −= = = b. Electron cĩ vận tốc ban đầu 0v uur hợp với B ur một gĩc α. Trọng lực khơng đáng kể nên lực tác dụng lên quang electron là lực Lorentz: 0 0. sinf e B v f eBv α = − ⇒ =  ur ur uur Vì f v⊥ ur r nên lực Lorentz đĩng vai trị là lực hướng tâm 2 0 0 sin mveBv R α⇒ = Vì B v⊥ ur r nên 2 0 0 0 mv mveBv R R eB ⇒ = ⇔ = Vận tốc ban đầu cực đại của electron: 2 0max 1 2 hc A mv λ = + 34 8 19 5 0max 31 6 2 2 6,625.10 .3.10 1,9.1,6.10 3,3.10 ( / ) 9,1.10 0,560.10 hcv A m s m λ − − − −   ⇒ = − = − =       Bán kính quỹ đạo chuyển động của electron: 31 5 0 ax 19 5 9,1.10 .3,3.10 0,031 ( ) 1,6.10 .6,1.10 mmvR m eB − − −= = = Bài 2. Khi chiếu lần lượt các bức xạ cĩ tần số 2,200.10P15P Hz và 2,538.10P15P Hz thì hiệu điện thế hãm tương ứng là 6,6 V và 8,0 V. a. Xác định hằng số Plank. b. Xác định giới hạn quang điện của kim loại. c. Tìm hiệu điện thế hãm trong trường hợp chiếu đồng thời hai bức xạ 0,400 µm và 0,560 µm vào kim loại trên. UGiải: a. Áp dụng phương trình Einstein max0đWAhf += Với WRđ0maxR = eURhR ⇒ heUAhf += (∗) Với 2 giá trị của λ, URh Rta cĩ hệ phương trình 2 ẩn 15 19 1 1 34 15 19 2 2 2, 200.10 h 1,6.10 .6,6 6,627.10 ( s) 2,538.10 1,6.10 .8,0 h h hf A eU A h J hf A eU h A − − − = + = + ⇔ ⇔ = = + = +  b. Cơng thốt electron: 34 15 19 19 1 1 1 1 6,627.10 .2,200.10 1,6.10 .6,6 4,02.10 ( )h hhf A eU A hf eU J − − −= + ⇒ = − = − = Giới hạn quang điện của kim loại: 34 8 6 0 19 6,627.10 .3.10 0,495.10 ( ) 4,02.10 hc m A λ − − −= = = c. Ta thấy λR3R < λR0R < λR4R nên hiện tượng quang điện chỉ xảy ra với bức xạ λR3R. 34 8 19 6 19 6,625.10 .3.10 1,9.1,6.10 0,004.10 (*) 1, 205 ( ) 1,6.10h h hc Ahc A eU U V e λ λ − − − − −− ⇔ = + ⇒ = = = Bài 3. Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đơn sắc cĩ bưĩc sĩng 0,450 µm. Cường độ chiếu sáng của đèn là 40 W/mP2P. a. Tìm số photon mà ngọn đèn phát ra trong 1 giây trên diện tích 1 mP2P. b. Ngọn đèn trên chiếu vào catod của một tế bào quang điện. tính động năng cực đại của electron bứt ra từ catod, biết cơng thốt electron bằng 2,5 eV. c. Diện tích của catod là 6 cmP2P. Tính cường độ dịng quang điện bão hịa. Giả sử mỗi photon tới catod làm bật ra một quang electron. UGiải: a. Cơng suất bức xạ của nguồn: . 40S (W)PJ P J S S = ⇒ = = Số photon mà ngọn đèn phát ra trong 1 giây trên diện tích 1 mP2P: 6 19 34 8 40S. 40.1.0,450.10' 9,06.10 6,625.10 .3.10P P P hc PP n n n hc hc λ λ λ − −= ⇒ = = ⇒ = = b. Động năng ban đầu cực đại của electron: ( ) 34 8 19 20 0max 0max 6 6,625.10 .3.10 2,5.1,6.10 4,17.10 J 0,450.10đ đ hc hcA W W A λ λ − − − −= + ⇒ = − = − = c. Giả sử mỗi photon tới catod làm bật ra một quang electron ⇒ H = 100% Số electron bị bứt ra trong một đơn vị thời gian: 6 6 13 34 8 40S. 100%.40.6.10 .0,450.10. 54,36.10 6,625.10 .3.10 e e P P n HH n H n n hc λ − − −= ⇒ = = = = Cường độ dịng quang điện bão hịa: 13 19 3. 54,36.10 .1,6.10 0,09.10 ( )bh ei n e A − −= = = Bài 4. Trong một ống Roёntgen, cường độ dịng điện qua ống là 0,8 mA; hiệu điện thế giữa anod và catod là 1,2 kV. a. Tìm số electron và vận tốc cực đại của chúng khi đập vào đối catod. b. Tìm bước sĩng nhỏ nhất của tia Roёntgen mà ống cĩ thể phát ra. c. Đối catod là một bản platin cĩ diện tích 1 cmP2P và dày 2 mm. Giả sử khi tồn bộ động năng của electron đập vào đối catod đều làm nĩng bản platin đĩ. Sau bao lâu thì nhiệt độ của đối catod tăng thêm 1000P0PC? Biết: khối lượng riêng và nhiệt dung riêng của platin là 21.10P3P kg/mP3P và 120 J/kgK. UGiải: a. Số electron đập vào đối catod trong 1 giây: 3 15 19 0,8.10 5.10 1,6.10e e ii n e n e − −= ⇒ = = = Vận tốc cực đại của electron khi tới đối catod: 19 3 2 7ax ax ax ax 31 21 2.1,6.10 .1,2.10 20,5.10 ( / ) 2 9,1.10 m m m m eUmv eU v m s m − −= ⇒ = = = b. Bước sĩng nhỏ nhất của tia Roёntgen mà ống cĩ thể phát ra: 34 8 6 min 19 3 min 6,625.10 .3.10e 0,001.10 ( ) 1,6.10 .1,2.10 hc hcU m eU λ λ − − −= ⇒ = = = c. Khối lượng của bản platin: 3 4 3 3. . . 21.10 .1.10 .2.10 4,2.10 ( )m m V S d kg V ρ ρ ρ − − −= ⇒ = = = = Nhiệt lượng cần cung cấp để bản platin nĩng thêm 1000P0PC: Q = mc∆t = 4,2.10P-3P.120.1000 = 504 (J) Động năng của một electron khi đạp vào đối catod: WRđR = eU Thời gian cần thiết: 15 19 3 504 525 ( ) W . 5.10 .1,6.10 .1,2.10e d e Q Qt s n n eU − = = = = Bài 5. a. Xác định bán kính quỹ đạo dừng thứ 2, thứ 3 và tính vận tốc của các electron trên các quỹ đạo đĩ. b. Biểu diễn các chuyển dời và tính bước sĩng của các photon phát ra - Từ trạng thái cơ bản đến trạng thái kích thích thứ 2. - Từ trạng thái n = 2 đến trạng thái n = 4. - Iơn hĩa nguyên tử hydro từ trạng thái cơ bản. UGiải: a. Bán kính quỹ đạo dừng thứ 2 : 2 11 112 02 4.5,3.10 21,2.10 ( )r r m− −= = = Bán kính quỹ đạo dừng thứ 3 : 2 11 113 03 9.5,3.10 47,7.10 ( )r r m− −= = = Lực Coulomb tác dụng vào electron đĩng vai trị lực hướng tâm gây ra chuyển động trịn đều 2 2 . n C ht e n n n e n ve e kF F k m v e r r m r ⇔ = ⇔ = ⇒ = uur uur Vận tốc của electron trên các quỹ đạo: 9 19 6 2 31 11 2 9.101,6.10 1,09.10 ( / ) 9,1.10 .21,2.10 kv e m s mr − − −= = = 9 19 6 3 31 11 3 9.101,6.10 0,73.10 ( / ) 9,1.10 .47,7.10 kv e m s mr − − −= = = b. Bước sĩng của các bức xạ: 2 2 1 1 1 mn R n mλ  = −    7 2 2 21 6 21 1 1 1 11,097.10 1 1 2 4 0,121.10 ( ) R m λ λ −    = − = −        ⇒ = 7 2 2 42 6 42 1 1 1 1 11,097.10 2 4 4 16 0,486.10 ( ) R m λ λ −    = − = −        ⇒ = 7 6 12 1 1 1 0 1,097.10 0,091.10 ( ) 1 R mλ λ − = − = ⇒ =    4.4.3- Bài tập thí nghiệm Bằng một tế bào quang điện và các dụng cụ: nguồn sáng, kính lọc sắc, vơn kế, điện kế, nguồn điện một chiều biến trở, hãy xác định giá trị của hằng số Plank. UGiải: - UCơ sở lý thuyết:U Áp dụng phương trình Einstein: max0đWA hc += λ Với WRđ0maxR = eURhR ⇒ heUA hc += λ Với 2 giá trị của λ, URh Rta cĩ hệ phương trình 2 ẩn 1 1 2 2 h h hc A eU hc A eU λ λ  = +   = +  Giải hệ phương trình tìm h. - UCác bước tiến hành thí nghiệm: UBước 1U: Lắp đặt thí nghiệm theo sơ đồ. Giá trị của bước sĩng bức xạ kích thích được ghi trên kính lọc sắc. UBước 2U: Vặn biến trở từ từ để thay đổi giá trị của URAK R. Đọc giá trị của vơn kế khi điện kế chỉ số 0. Đây chính là hiệu điện thế hãm. UBước 3U: Tiến hành đo 5 lần. UBước 4U: Ghi vào bảng và tính tốn sai số. 4.4.4- Bài tập trắc nghiệm Câu 1: Trong thí nghiệm của Hertz, khi chiếu ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm tích điện âm thì nĩ bị mất bớt điện tích âm vì A. ánh sáng hồ quang cung cấp ion dương vào tấm kẽm. B. ánh sáng hồ quang làm bật các electron ra khỏi tấm kẽm. C. tấm kẽm rất dễ mất bớt electron khi để ngồi khơng khí. D. ánh sáng hồ quang kích thích ion dương cĩ trong kim loại làm trung hịa các electron cĩ trong tấm kẽm. Câu 2: Khi chiếu ánh sáng đơn sắc vàng vào một tấm vật liệu thì hiện tượng quang điện xảy ra. tấm vật liệu này chắc chắn là A. kim loại kiềm. B. kẽm. C. dung dịch dẫn điện. D. nhơm. Câu 3: Khi chiếu ánh sáng đơn sắc cĩ bước sĩng ngắn hơn giới hạn quang điện trong của một chất này thì điện trở của nĩ sẽ A. khơng thay đổi. B. tăng lên. C. giảm đi. D. lúc tăng lúc giảm. Câu 4:Khi hiện tượng quang điện trong xảy ra, chất quang dẫn trở thành vật liệu dẫn điện tốt. Hạt tải điện trong chất quang dẫn lúc này là A. electron tự do. B. electron và hạt nhân. C. electron và ion. D. electron và lỗ trống mang điện dương. Câu 5: Trong hiện tượng quang-phát quang, sự hấp thụ hồn tồn một photon sẽ đưa đến A. sự giải phĩng một cặp electron và lỗ trống. B. sự phát ra một photon khác. C. sự giải phĩng một electron liên kết. D. sự giải phĩng một electron tự do. Câu 6: Ánh sáng phát ra từ các vật sau đây là ánh sáng của hiện tượng quang-phát quang? A. Bĩng đèn dây tĩc. B. Ánh trăng. C. Ngơi sao trên trời. D. Bĩng đèn neon. Câu 7: Mẫu nguyên tử Bohr khác mẫu nguyên tử Rutheford ở điểm nào? A. Hình dạng quỹ đạo của electron. B. Lực tương tác giữa các electron và hạt nhân nguyên tử . C. Trạng thái cĩ năng lượng ổn định. D. Mơ hình nguyên tử cĩ hạt nhân. Câu 8: Chiếu chùm bức xạ đơn sắc vào một tấm nhơm cĩ giới hạn quang điện 0,36 µm. hiện tượng quang điện xảy ra khi chùm tia bức xạ là A. ánh sáng tím. B. ánh sáng đỏ. C. tia hồng ngoại. D. tia tử ngoại. Câu 9: Giới hạn quang điện của kim loại Cedi là 0,66 μm. hiện tượng quang điện khơng xảy ra khi chiếu vào kim loại đĩ bức xạ A. hồng ngoại. B. tia X C. màu tím. D. tử ngoại. Câu 10: Với ε R1R, εR2R, εR3 R lần lượt là năng lượng của photon ứng với các bức xạ màu vàng, bức xạ tử ngoại và bức xạ hồng ngoại thì A. εR1R > εR2R > εR3R. B. εR2R > εR1 R> εR3R. C. εR2R > εR3 R> εR1R. D. εR3 R> εR1 R> εR2R. Câu 11: Trong thí nghiệm về hiện tượng quang điện, người ta dùng màn chắn ra một chùm electron cĩ vận tốc cực đại hướng vào một từ trường đều sao cho vận tốc của các electron vuơng gĩc với vectơ cảm ứng từ. Bán kính quỹ đạo của các electron tăng khi A. tăng cường độ ánh sáng kích thích. B. giảm cường độ ánh sáng kích thích. C. tăng bước sĩng ánh sáng kích thích. D. giảm bước sĩng ánh sáng kích thích. Câu 12: Sau khi chiếu bức xạ màu vàng vào chất phát quang thì ánh sáng phát ra cĩ thể là bức xạ A. tím. B. tử ngoại. C. đỏ. D. tia X. Câu 13: Electron chuyển động trên quỹ đạo M thì cĩ thể phát ra tối đa bao nhiêu vạch quang phổ? A. 2 B. 3 C. 4 D.5 Câu 14: Khi các nguyên tử hydro được kích thích để chuyển lên quỹ đạo M thì sau đĩ các vạch quang phổ mà nguyên tử phát ra sẽ thuộc vùng A. hồng ngoại và khả kiến. B. hồng ngoại và tử ngoại. C. khả kiến và tử ngoại. D. hồng ngoại, khả kiến, tử ngoại. Câu 15: Chiếu chùm sáng trắng cĩ bước sĩng từ 0,40µm đến 0,75 µm vào một tấm kim loại cơ lập về điện thì điện thế cực đại trên tấm kim loại là V = 0,625V. Giới hạn quang điện của kim loại này là A. 0,50 µm B. 0,40 µm C. 0,75 µm D. 0,55 µm Câu 16: Một tế bào quang điện cĩ anod và catod đều là những bản kim loại phẳng, đặt song song, đối diện và cách nhau một khoảng d. Đặt vào anod và catod một hiệu điện thế UR1 R> 0, sau đĩ chiếu vào một điểm trên catod một tia sáng cĩ bước sĩng λ<λR0 R . Tìm bán kính lớn nhất của vùng trên bề mặt anod cĩ electron đập vào. Biết hiệu điện thế hãm của kim loại làm catod ứng với bức xạ trên là URhR. A. 2 12 U U dR = B. 1 22 U U dR = C. 2 12 U U dR = D. 1 22 U U dR = Câu 17: Cơng thốt của một quả cầu kim loại là 2,36 eV. Chiếu vào quả cầu bức xạ cĩ bước sĩng 0,3 µm. Nếu quả cầu ban đầu trung hịa về điện và đặt cơ lập thì điện thế cực đại mà nĩ cĩ thể đạt được là A. 1,53 V B. 1,78 V C. 1,35 V C. 1,1 V Câu 18: Chiếu vào catod của một tế bào quang điện một chùm bức xạ đơn sắc cĩ bước sĩng λ = 0,3 µm. Biết cơng suất chùm bức xạ là 2W và cường độ dịng quang điện bão hịa thu được là được là 4,8 mA. Hiệu suất lượng tử là A. 10% B. 2% C. 1% D. 0,2 % Câu 19: Chiếu lần lượt hai bức xạ 0,555 µm và 0,377µm vào catod của một tế bào quang điện thì thấy xảy ra hiện tượng quang điện và hiệu điện thế hãm cĩ độ lớn gấp 4 lần nhau. Hiệu điện thế hãm đối với λR2R là A. 1,340 V B. 0,352 V C. 3,520 V D. 1,409 V Câu 20: Cường độ dịng chạy qua ống Roёntgen là 2A, thì số electron đến đối catod trong 4 giây là A. 2.10P19P B. 2,5.10P19 C. 5.10P19P D. 25.10P19 Câu 21: Ống Roёntgen cĩ hiệu điện thế giữa anod và catod là 12 kV. Bước sĩng ngắn nhất của tia X được ống phát ra là A. λRminR = 2,22.10P-10P m B. λRminR = 1,00.10P-10P m C. λRminR = 1,35.10P-10P m D. λRminR = 1,03.10P-10P m Câu 22: Chiếu một bức xạ điện từ lên catod của một tế bào quang điện gây ra hiện tượng quang điện. Giả sử các quang electron được tách ra bằng màn chắn để lấy một chùm hẹp hướng vào một từ trường đều cĩ cảm ứng từ 10P–4P T, sao cho B ur vuơng gĩc với phương ban đầu của vận tốc electron. Biết quỹ đạo của các electron cĩ bán kính cực đại là R = 23,32 mm thì vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện. A. 1,25.10P5P m/s B. 2,36.10P5P m/s C. 3,50.10P5P m/s D. 4,10.10P5P m/s Câu 23: Dung dịch Fluorexein hấp thụ ánh sáng cĩ bước sĩng 0,49 µm và phát ra ánh sáng cĩ bước sĩng 0,52 µm. Người ta gọi hiệu suất của sự phát quang là tỉ số giữa năng lượng ánh sáng phát quang và năng lượng ánh sáng hấp thụ. Biết hiệu suất của sự phát quang của dung dịch Fluorexein là 75%. Số phần trăm của photon bị hấp thụ đã dẫn đến sự phát quang của dung dịch là A. 82,7% B. 79,6% C. 75,0% D. 66,8% Câu 24: Ba vạch quang phổ đầu tiên trong dãy Balmer của nguyên tử hydro cĩ ba bước sĩng lần lượt là 656,3 nm; 486,1 nm; 434,0 nm. Khi nguyên tử bị kích thích sao cho electron chuyển lên quỹ đạo O thì các vạch quang phổ trong dãy Paschen mà nguyên tử phát ra là A. 0,17 µm và 0,22 µm B. 1,28 µm và 1,87 µm C. 1,48 µm và 4,34 µm C. 1,09 µm và 1,14 µm Câu 25: Một vạch quang phổ cĩ bước sĩng λ = 0,468 µm thì ứng với sự dịch chuyển của electron từ quỹ đạo dừng nào về quỹ đạo L A. K B. M C. N D. P Câu 26: Nguyên tử hydro đang ở trạng thái cơ bản sẽ hấp thụ photon cĩ năng lượng bằng A. 6,00 eV B. 8,27 eV C. 12,75 eV D. 13,12 eV Câu 27: Bước sĩng dài nhất trong dãy Balmer là 0,656 μm. Bước sĩng dài nhất trong dãy Lyman là 0,122 μm. Bước sĩng dài thứ hai của dãy Lyman là A. 0,103 μm B. 0,121μm C. 0,052 μm D. 0,111 μm Câu 28: Trong quang phổ vạch của hydro bước sĩng dài nhất trong dãy Lyman là 1215AP0P , bước sĩng ngắn nhất trong dãy Balmer là 3650 AP0P năng lượng ion hố nguyên tử hydro khi electron ở trên quỹ đạo cĩ năng lượng thấp nhất bằng A. 13,6 eV B. -13,6 eV C. 13,1 eV D. -13,1 eV Câu 29: Khi chiếu chùm bức xạ cĩ bước sĩng λ = 0,33 μm vào catod của một tế bào quang điện thì hiệu điện thế hãm là U RhR. Để cĩ hiệu điện thế hãm U’ RhR giảm đi 1V so với U RhR thì phải dùng bức xạ cĩ bước sĩng λ’ bằng bao nhiêu ? A. 0,36 μm B. 0,4 μm C. 0,45 μm D. 0,75 μm Câu 30: Lần lượt chiếu vào catod của 1 tế bào quang điện 2 bức xạ đơn sắc f và 1,5f thì động năng ban đầu cực đại của các quang electron hơn kém nhau 3 lần. Bước sĩng giới hạn của kim loại làm catod cĩ giá trị A. f c 3 4 0 =λ B. f c 4 3 0 =λ C. f c 2 3 0 =λ D. f c =0λ UĐáp án: Câu hỏi Đáp án Câu hỏi Đáp án 1 B 16 B 2 A 17 B 3 C 18 C 4 D 19 D 5 B 20 C 6 D 21 D 7 C 22 D 8 D 23 B 9 A 24 B 10 B 25 C 11 D 26 C 12 A 27 A 13 A 28 A 14 C 29 C 15 A 30 A KẾT LUẬN Luận văn gồm 3 phần chính: - Cơ sở lý luận của hoạt động giải bài tập vật lý ở trường phổ thơng được trình bày chi tiết và cụ thể. Cung cấp cho người đọc những hiểu biết về cách phân loại, các cách hướng dẫn giải của từng loại bài tập. - Hệ thống bài tập bao gồm phần định tính, định lượng, thí nghiệm và trắc nghiệm. Hệ thống khá đa dạng và đầy đủ, các bài tập đều là những dạng tổng quát và phổ biến ở trường phổ thơng cũng như trong các kì thi tốt nghiệp, đại học. - Hướng dẫn giải và giải với các phần: nhận xét, tĩm tắt, các mối quan hệ cần thiết lập, tiến trình hướng dẫn giải và giải được trình bày rõ ràng theo đúng các bước để giải một bài tập vật lý phổ thơng. Tĩm lại, nội dung của luận văn đáp ứng được nhu cầu là tài liệu tham khảo dành cho giáo viên trong quá trình giảng dạy, sinh viên và học sinh trong quá trình học tập. Tuy nhiên, do cịn hạn chế về kinh nghiệm giảng dạy nên tiến trình hướng dẫn giải cịn mang nhiều tính chủ quan, chưa tinh gọn, việc lựa chọn hệ thống bài tập cịn chưa thật hợp lý. Rất mong được sự gĩp ý để tài liệu này được hồn chỉnh hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thanh Hải (2011), Bài tập định tính và câu hỏi thực tế Vật lý 12, NXB Giáo Dục, Hà Nội. [2] Bùi Quang Hân - Đào Văn Cư – Hồ Văn Huyết – Nguyễn Thành Tương (2006), Giải tốn Vật lý 12 – Tập 3, NXB Giáo Dục, Hà Nội. [3] Nguyễn Mạnh Hùng (2005), Phương pháp dạy – học vật lý ở trường PTTH, NXB ĐHSP.Tp HCM, Tp Hồ Chí Minh. [4] Vũ Thanh Khiết, Dương Trọng Bái, Ngơ Quốc Quýnh, Nguyễn Anh Thi (2006), 121 Bài tốn quang lý và vật lý hạt nhân, NXB Giáo Dục, Hà Nội [5] Nguyễn Thế Khơi, Vũ Thanh Khiết - Nguyễn Đức Hiệp, Nguyễn Ngọc Hùng, Nguyễn Đức Thâm, Phạm Đình Thiết, Vũ Đình Túy, Phạm Quý Tư (2008); Sách giáo khoa và Sách Bài tập Vật lý 12-Chương trình nâng cao, NXB Giáo Dục, Hà Nội [6] Ngơ Quốc Quýnh (2007),Tuyển tập bài tập Vật lý nâng cao THPT- Tập 5, NXB Giáo Dục, Hà Nội [7] Nguyễn Đức Thâm (2002), Phương pháp dạy học vật lý ở trường phổ thơng, NXB ĐHSP Hà Nội, Hà Nội. [8] Lê Văn Thơng (2010), Bài tập quang lý và vật lý hạt nhân, NXB ĐHQG Tp.HCM, Tp Hồ Chí Minh. [9] Phạm Hữu Tịng (1989), Phương pháp dạy bài tập vật lý, NXB Giáo Dục, Hà Nội. [10] Đề thi đại học và tốt nghiệp Trung học phổ thơng từ 1998 đến 2010 ._.