Giáo án chuyên đề Vật lí 12 kết nối Bài 9: Hiệu ứng quang điện và năng lượng của photon

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- HS quan sát Hình 9.1, tìm hiểu nội dung SGK, thảo luận nhóm và mô tả lại thí nghiệm của Herzt năm 1887.

-  HS trả lời câu hỏi:

+ Thế nào là hiệu ứng quang điện? Thế nào là quang electron?

+ Câu hỏi (SGK – tr.48))

Góc lệch của kim tĩnh điện kế giảm cho biết điện tích âm của tấm kẽm trong Hình 9.1 tăng hay giảm?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả các hoạt động, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về hiệu ứng quang điện.

I. Sự phát hiện hiệu ứng quang điện

- Hiện tượng một chùm bức xạ thích hợp làm bật các electron ra khỏi mặt tấm kim loại được gọi là hiệu ứng quang điện.

- Các electron bị bứt ra khỏi kim loại khi bị chiếu sáng gọi là quang electron.

Trả lời Câu hỏi (SGK – tr.48)

Tấm kim loại kẽm đang mang điện âm, được chiếu sáng bởi một chùm sáng do hồ quang phát ra (Hình 9.1 SGK) thì góc lệch của tĩnh điện kế giảm dần theo thời gian. Chứng tỏ tấm kẽm đã bị mất điện tích âm hay nói cách khác là điện tích âm của tấm kẽm đã giảm dần.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV hướng dẫn HS thay tấm kẽm trong thí nghiệm Hình 9.1 bằng các tấm kim loại khác nhau và có những kết luận.

- Từ đó dẫn dắt đến định luật 1.

- GV giới thiệu bảng 9.1

- GV cho HS quan sát Hình 9.2, dẫn dắt để dẫn đến định luật 2.

- GV hướng dẫn HS về đường đặc trưng vôn – ampe của các kim loại khác nhau có hình dạng tương tự như hình 9.2.

- Từ đó dẫn dắt HS đi đến định luật 3.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả các hoạt động, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận nội dung về các định luật quang điện.

II. Các định luật quang điện

Định luật 1: Định luật về giới hạn quang điện

Đối với mỗi kim loại, hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi bức xạ điện từ kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng ngắn hơn hoặc bằng giới hạn quang điện của kim loại đó ( ).

Định luật 2: Định luật về cường độ dòng quang điện bão hòa

Với mỗi bức xạ điện từ có bước sóng thích hợp (), cường độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cường độ chùm bức xạ điện từ kích thích. 

Định luật 3: Định luật về động năng ban đầu cực đại của quang electron

Động năng ban đầu cực đại của các quang electron không phụ thuộc cường độ của chùm bức xạ điện từ kích thích mà chỉ phụ thuộc bước sóng bức xạ điện từ kích thích và bản chất của kim loại được chiếu vào.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- HS tìm hiểu sự ra đời và trình bày:

Nội dung của thuyết photon.

- HS thảo luận nhóm, trả lời Câu hỏi (SGK – tr.50)

1. Chỉ ra điểm khác biệt giữa thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein và mô hình sóng ánh sáng khi giải thích sự hấp thụ hay phát xạ năng lượng của nguyên tử, phân tử.

2. Hãy ước lượng năng lượng của các photon tương ứng với các bức xạ điện từ cơ bản trong thang sóng điện tử đã học ở Vật lí lớp 11 (sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X, tia ).

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả các hoạt động, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận.

III. Thuyết lượng tử ánh sáng

Nội dung thuyết photon:

• Chùm sáng là chùm hạt photon (các lượng tử ánh sáng).

Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số photon phát ra trong một đơn vị thời gian.

• Trong chùm ánh sáng đơn sắc với tần số f, các photon đều mang năng lượng giống nhau: (9.1)

với được gọi là hằng số Planck.

• Photon chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động.

• Trong chân không, photon chuyển động với tốc độ dọc theo các tia sáng.

• Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát xạ hoặc hấp thụ một photon.

Câu hỏi (SGK – tr.50)

1. Quan điểm về hấp thụ hay phát xạ năng lượng trước khi xuất hiện thuyết lượng tử sẽ coi năng lượng được hấp thụ hay bức xạ có các giá trị liên tục. Khi một vật nhận năng lượng của sóng truyền tới sẽ có năng lượng tăng dẫn liên tục theo thời gian.

Quan điểm của Einstein về hấp thụ hay bức xạ năng lượng của nguyên tử là có tính gián đoạn. Mỗi một lần hấp thụ hay bức xạ của nguyên tử chỉ là hấp thụ hay bức xạ một photon và năng lượng photon có giá trị xác định E = hf phụ thuộc tần số của bức xạ.

2. Thang sóng điện từ đã được học ở lớp 11, từ các thông số về bước sóng, tần số ta có thể ước lượng được năng lượng của các bức xạ điện từ cơ bản:

Bài tập ví dụ (SGK – tr.50)

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu về công thoát, giới hạn quang điện

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- HS tìm hiểu và thực hiện yêu cầu:

Trình bày khái niệm công thoát.

- HS trả lời Câu hỏi (SGK – tr.51)

1. Hãy giải thích tại sao khi sử dụng các loại kính hấp thụ tia tử ngoại trước khi các bức xạ chiếu vào tấm kẽm ở Hình 9.1 thì hiện tượng quang điện không xảy ra.

2. Khi sử dụng bức xạ tử ngoại có bước sóng 320 nm chiếu vào tấm kẽm ở thí nghiệm trong Hình 9.1 thì thấy xuất hiện hiện tượng quang điện. Thí nghiệm này có thể xác định công thoát của electron ở bề mặt tấm kẽm hay không? Hãy giải thích.

…………………

IV. Giải thích các định luật quang điện

Công thoát của electron

- Năng lượng tối thiểu cần cung cấp để bứt một electron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là công thoát A của electron. 

Câu hỏi (SGK – tr.51)

1. Khi sử dụng các loại kính lọc sắc hấp thụ tia tử ngoại trước khi các bức xạ chiếu vào tấm kẽm ở Hình 9.1 SGK thì hiện tượng quang điện không xảy ra là do tính chất hạt của bức xạ điện từ. Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ có giá trị xác định và bằng hf (trong dó f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ). Để xảy ra hiện tượng quang điện thì nguyên tử kẽm cần nhận được năng lượng lớn hơn hoặc bằng công thoát A của electron tức là hiện tượng quang điện xảy ra với bức xạ có tần số của bức xạ tử ngoại hoặc cao hơn. Khi lọc sắc hấp thụ tia tử ngoại trước khi chiếu vào tế bào kim loại thì ánh sáng chiếu tới không có loại photon nào cung cấp đủ năng lượng để xảy ra hiện tượng quang điện.

…………….