SKKN Bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho học sinh khi giải bài tập Vật lý chương Lượng tử ánh sáng Vật lý Lớp 12 (ban cơ bản)

sáng cần thiết phải xây dựng một hệ thống BT của chương dựa trên nhưng cơ sở khoa học chặt chẽ, đồng thời chỉ được ra cách sử dụng nó trong từng bước lên lớp.
 	Tôi xây dựng hệ thống BT cho các tiết học:
1. Hiện tượng quang điện và các định luật quang điện.
2. Thuyết lượng tử.
3. Quang trở và pin quang điện.
4. Ứng dụng thuyết lượng tử trong nguyên tử hidrô.
Phân phối chương trình BT THPT tỉnh Vĩnh Phúc từ năm học 2012 – 2013: Chương 6: Lượng tử ánh sáng
Tiết 48: Hiện tượng quang điện.Thuyết lượng tử ánh sáng
Tiết 49: Hiện tượng quang điện trong
Tiết 50: Bài tập 
Tiết 51: Hiện tượng quang - Phát quang 
Tiết 52: Quang phổ vạch của Hydrô. Sơ lược về Laze
Tiết 53: Ôn tập chương VI
Tiết 54: Kiểm tra 1 tiết
2.5. Sử dụng hệ thống BT chương VI: Lượng tử ánh sáng trong hoạt động dạy học giải bài tập vật lý lớp 12 BT THPT nhằm bồi dưỡng NLST cho HS.
 	Căn cứ vào việc xây dựng hệ thống BT của chương VI tôi đã sử dụng hệ thống BT như sau
 	1. Hình thành kiến thức mới: Trong phần này, GV là người đưa ra các BT định hướng, đặt câu hỏi, đưa ra những gợi ý. HS suy nghĩ, phỏng đoán, tìm tòi, trao đổi, giải từng phần BT mà GV đã nêu ra để rút ra các kiến thức mới cần nghiên cứu.
 	2. Hướng dẫn HS giải các BT cơ bản của các phần kiến thức cơ bản (chủ yếu là các BT củng sau mỗi bài học): Trong phần này GV nêu ra các BT cơ bản trong sách giáo khoa hoặc trong sách BT, GV đặt câu hỏi, gợi ý cho HS cách xây dựng sơ đồ định hướng cho mỗi dạng BT.
 	Đối với các tiết học nghiên cứu các đơn vị kiến thức mới có sử dụng các BT mới thì hoạt động của GV thường diễn ra theo tiến trình:
	1/ Nêu ra các dạng BT cơ bản (ở mức độ 1). 
	2/ Yêu cầu HS hoặc nhóm HS suy nghĩ và tìm lời giải
	3/ Ra bài tập về nhà là những BT tương tự trong sách giáo khoa hoặc trong sách bài tập, GV có sự gợi ý để giải quyết những khó khăn, cũng yêu cầu HS phán đoán rồi tự rút ra các sơ đồ định hướng.
 	3. Hướng dẫn HS giải các BT bồi dưỡng NLST trong các tiết ôn tập và luyện tập: GV đưa ra hệ thống các BT theo các mức độ từ khó đến dễ, gợi ý cho HS sử dụng các sơ đồ định hướng đó để làm các BT rèn luyện NLST. Đối với HS đòi hỏi phải nắm được các sơ đồ định hướng đã xây dựng. 
 	Đối với các tiết học luyện tập hoặc ôn tập thì hoạt động của GV thường diễn ra theo tiến trình như sau:
	1/ Kiểm tra sự chuẩn bị về lí thuyết của HS, giải các BT cho về nhà và việc nắm các sơ đồ định hướng của HS.
	2/ Yêu cầu HS phân tích cách giải sau khi đã trình bày, nêu những khó khăn khi giải BT. GV tổng kết và hướng dẫn HS giải quyết những khó khăn đồng thời giúp HS khái quát hóa rút ra sơ đồ định hướng của các dạng BT đó.
	3/ Ra BT về nhà. Thông thường đó là các BT do GV đã xây dựng nhằm bồi dưỡng NLST cho HS.
 2.5.1. Sử dụng hệ thống BT để hình thành kiến thức mới
 	Tôi xin trình bày cách sử dụng hệ thống BT để hình thành kiến thức mới đó là xây dựng công thức Anhxtanh trong tiết học 73. 
 	- Nội dung thuyết lượng tử được trình bày như trong 2.1.1.1 của đề tài.
 	- HS cần thấy được rằng: Sự hấp thụ hay bức xạ ánh sáng của các nguyên tử hay phân tử vật chất là không liên tục mà thành từng phần riêng biệt đứt quãng. Mỗi phần đó mang một năng lượng là =hf = .
 	- GV đặt vấn đề: Trong thí nghiệm Hecxơ chúng ta thấy rằng khi chiếu ánh sáng thích hợp vào tấm kim loại thì các electron ở bề mặt kim loại bị bật ra. Trong thí nghiệm với tế bào quang điện thì khi chiếu ánh sáng thích hợp tức là đã có những lượng tử ánh sáng đến đập vào bề mặt catốt thì xuất hiện dòng quang điện là dòng chuyển dời có hướng của các electron.
 	- GV đưa ra BT: “Một đèn phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 0,4 m được dùng để chiếu vào một tế bào quang điện. Kết quả có hiện tượng quang điện xảy ra và người ta thấy rằng các electron ở ngay bề mặt của catốt bật ra với vận tốc là v0=5,48.105 m/s. Nếu cho rằng cứ mỗi một lượng tử ánh sáng đến làm bật ra một electron. Hãy so sánh năng lượng của lượng tử ánh sáng chiếu tới và năng lượng của electron bật ra?”.
 	Muốn tìm được câu trả lời thì phải tính được năng lượng của phôtôn chiếu tới và năng lượng của electron bật ra khỏi bề mặt catốt.
 	+ Tìm năng lượng của lượng tử ánh sáng chiếu tới. 
HS : Để giải BT này phải áp dụng công thức để tính được năng lượng của lượng tử ánh sáng chiếu tới catốt. Với h = 6,625.10-34 J.s , c= 3.108 m/s và theo bài cho = 0,4.10-6 m . 
Tính được = 6,625.10-34. = 49,69.10-20 J. 	(1)
 	+ Tìm năng lượng của electron bật ra. 
 	HS thấy khó khăn khi cần tính năng lượng của electron bật ra khỏi catốt.
 	GV gợi ý: Nếu coi ma sát với không khí là không đáng kể thì động năng mà electron có được chính là năng lượng của electron và nhắc cho HS nhớ đến định lí động năng.
 	Do ban đầu electron coi như đứng yên thì: 
Wđ=E = = 
 = 136,64.10-21 J = 13,664.10-20 J	 (2)
 	GV đặt câu hỏi: Qua (1) và (2) các em có nhận xét gì về kết quả giữa năng lượng của lượng tử ánh sáng và năng lượng của electrôn bật ra? Kết quả trên có phù hợp với định luật bảo toàn năng lượng hay không? 
 	HS trả lời: 	+ Từ (1) và (2) thấy kết quả: > E
 	+ Theo bài cho thì cứ mỗi lượng tử ánh sáng đến sẽ làm bật ra một electron có nghĩa là thì toàn bộ năng lượng của một lượng tử ánh sáng sẽ chuyển thành động năng của một electron bật ra khỏi bề mặt catốt, theo định luật bảo toàn năng lượng thì hai phần năng lượng này phải bằng nhau. Tuy nhiên kết quả tính toán thì thấy rằng không phải như vậy.
 	Định luật bảo toàn năng lượng thì luôn đúng trong mọi trường hợp.
 	GV đặt câu hỏi tiếp theo: “Hãy thử suy nghĩ xem một phần năng lượng của lượng tử ánh sáng đã biến mất đi đâu?”
 	Suy luận thấy rằng do cấu trúc nguyên tử các electron luôn liên kết chặt chẽ với hạt nhân nguyên tử. Như vậy câu trả lời ở đây là: phần năng lượng bị biến mất chính là năng lượng để bứt electron ra khỏi nguyên tử.
 	Phần năng lượng đã biến mất này là: E = - E = 30,026.10-20 J.
 	Gọi phần năng lượng để bứt electron ra khỏi mối liên kết với hạt nhân là công thoát kí hiệu là A.
 	Từ kết quả này GV diễn giảng và khẳng định công thức Anhxtanh 
 	GV dùng công thức này để giải thích các định luật quang điện (Nếu không còn thời gian thì yêu cầu HS về nhà giải thích các định luật)
 - Tiếp theo GV hướng dẫn HS kết luận về lưỡng tính sóng -hạt của ánh sáng.
 - Cuối cùng GV yêu cầu HS về nhà làm Bài 7 (7) và Bài 8 (8).
2.5.2. Hướng dẫn HS giải BT cơ bản.
 	Ví dụ: Công thoát electrôn khỏi một kim loại là 1, 88eV. Dùng kim loại này làm catốt của một tế bào quang điện. Chiếu vào catốt một ánh sáng có bước sóng l = 0,489mm. Tính vận tốc ban đầu cực đại của electrôn.
Hướng dẫn: 
 - GV yêu cầu HS cho biết đề bài cho những đại lượng nào và yêu cầu tìm gì. 
 - HS : + Bài cho công thoát A và . 
 + Yêu cầu tìm vận tốc cực đại của electron v0max.
 Với những dữ kiện mà bài cho và đại lượng mà bài yêu cầu tìm thì có thể 
 áp dụng công thức Anhxtanh: = A + Wđ
 Ta có các mối liên hệ sau: A= và cho 
Sơ đồ định hướng giải BT áp dụng công thức Anhxtanh.
	1/ Đọc kỹ đề bài. Tìm hiểu xem đã cho những đại lượng nào (1)
 Cần tìm đại lượng nào.
	2/ Viết công thức Anhxtanh + (2)
3/ Tìm mối liên hệ giữa công thức Anhxtanh và các biểu thức khác nếu có liên quan như: I=q.t, q=n,e, P=n.e, e.Uh= (3)
4/ Từ (1) rút ra đại lượng cần tìm (4)
Thay số và tính toán (chú ý đến đổi đơn vị)
Có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:
 (4)
 (2)
 (3)
(1)
2.5.3. Hướng dẫn HS giải BT bồi dưỡng NLST
- Kiểm tra kiến thức cũ: 	+ Phát biểu các định luật quang điện.
	 	+ Dùng thuyết lượng tử giải thích các định luật quang điện.
- Trong tiết luyện tập với các BT cơ bản GV yêu cầu HS phải tìm ra kết quả. Từ đó sẽ mở rộng nhằm rèn luyện NLST cho HS.
 	Bài tập 1 (Bài 18 (18)) : Khi chiếu bức xạ có bước sóng l = 0,405 mm vào bề mặt catốt của một tế bào quang điện, ta được một dòng quang điện bão hoà có cường độ I. Dòng điện này có thể triệt tiêu bằng hiệu điện thế hãm Uh=1,26 V.
 a. Tìm vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện
 b. Tìm công thoát của electron đối với kim loại làm catốt 
 c. Tìm Uh . 
Hướng dẫn:
 	Phần a: Yêu cầu tất cả HS đều phải tìm ra được kết quả: =0,657m
 	Phần b: Sử dụng sơ đồ định hướng giải BT áp dụng công thức Anhxtanh
 v0max= =2,72.105 m/s
 	Phần c: Câu này chỉ là bài tập vận dụng định luật quang điện thứ 3. Rèn luyện cho HS kỹ năng tính toán và đổi đơn vị.
 	Muốn làm triệt tiêu dòng quang điện thì phải đặt vào giữa anốt và catốt một hiệu điện thế có độ lớn Uh
 Theo định luật quang 3: eUh= => eUh= - A
 Tìm được công thức: Uh= = 1,48 V
GV có thể mở rộng BT trên bằng BT dưới nhằm bồi dưỡng NLST cho HS
 	Bài tập 2 : Có thể mở rộng bài toán trên như sau: Ánh sáng =0,589m là ánh sáng đơn sắc màu vàng và có công suất P =0,625W.
d. Muốn tăng vận tốc cực đại lên thì phải làm như thế nào: tăng cường độ công suất của chùm sáng màu vàng hay thay bằng ánh sáng màu khác? Tại sao?
e. Tìm số phôtôn đập vào mặt Catốt trong thời gian 0, 5 phút?
f. Tìm cường độ dòng quang điện bão hoà, biết hiệu suất lượng tử H =90%?
Phần d: HS sẽ gặp khó khăn đó là không hình dung ra ngay được mối liên hệ giữa động năng và cường độ công suất hay giữa động năng và “ánh sáng màu sắc khác” là như thế nào.
 	GV định hướng: Dựa vào các định luật quang điện tìm mối liên hệ giữa v0 và cường độ chùm sáng kích thích và bước sóng của các ánh sáng đơn sắc?
 	+ Cường độ công suất của ánh sáng màu vàng hay chính là cường độ chùm sáng kích thích liên quan đến định luật quang điện thứ 2: Ibh cường độ chùm sáng kích thích. Kết hợp với định luật quang điện thứ 3 thì sẽ tìm được câu trả lời.
 	+ Theo mục 2 [14,tr171] thì ánh sáng có màu sắc khác nhau thì có bước sóng không giống nhau. Kết hợp với công thức Anhxtanh
 hf = A + ó + thấy rằng W đ tỉ lệ nghịch với bước sóng của ánh sáng kích thích. Như vậy để tăng W đ thì phải giảm nghĩa là thay ánh sáng vàng bằng các ánh sáng có nhỏ hơn như màu lục, lam , chàm, tím.
 	Phần e: Xây dựng sơ đồ định hướng và Phương pháp giải
 A=N
 P=
 N=
 	Kết quả: N = 0,589.1020 phôtôn
 	Phần f: Mối liên hệ giữa các đại lượng 
 	Hiệu suất lượng tử là tỉ số giữa số êlectrôn bứt