Lựa chọn và hướng dẫn học sinh lớp 12 THPT, ban KHTN giải hệ thống bài tập chương lượng tử ánh sáng nhằm nâng cao chất lượng dạy học bộ môn vật lý

Mở đầu
1. Lý do chọn đề tài

Trong hoàn cảnh đất nước ta còn nghèo nàn, trình độ khoa học kĩ thuật
chưa phát triển thì vấn đề đào tạo và phát triển giáo dục ngày càng được quan
tâm. Nghị quyết trung ương 2 khoá VIII của Đảng cộng Sản Việt Nam đã đưa
ra một số vấn đề cấp bách đối với ngành giáo dục nước ta trong giai đoạn hiện
nay là:
Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục và đào tạo nhằm khắc phục
truyền thụ một chiều, rèn luyện về nếp tư duy sáng tạo của người học, từng
bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và các phương tiện hiện đại vào các
quá trình dạy học.
Trong thực tiễn dạy học vật lý ở trường phổ thông, việc giải bài tập vật
lý (BTVL) là công việc diễn ra thường xuyên không thể thiếu được. Nó tác
động tích cực đến quá trình giáo dục và phát triển của học sinh đồng thời là
mặt trung những phương pháp, biện pháp kiểm tra đánh giá thực chất sự nắm
vững kiến thức của họ. Vì vậy BTVL với tính cách là phương pháp dạy học
giữ vai trò đặc biệt quan trọng, việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lý ở
trường phổ thông.
Hiện nay, nội dung trọng tâm các kì thi bộ môn vật lý tốt nghiệp THPT
và tuyển sinh đại học, cao đẳng chủ yếu nằm trong chương trình lớp 12. Do
đó, việc trang bị cho học sinh hệ thống những kiến thức cơ bản của chương
trình lớp 12 là rất cần thiết. Mặt khác, chương Lượng tử ánh sáng là một
trong những chương quan trọng nhằm cung cấp kiến thức cơ bản cho học sinh
trong chương trình phổ thông.
Trong khi đó, số lượng BTVL trong sách giáo khoa, sách bài tập và
sách tham khảo rất nhiều. Nhưng ở trên lớp, học sinh được giáo viên hướng

1

dẫn và giải một số không nhiều bài tập. Do vậy, học sinh sẽ gặp rất nhiều khó
khăn trong việc nắm kiến thức của chương trong khối lượng có hạn.
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi thấy rằng việc nghiên cứu đề
tài Lựa chọn và hướng dẫn học sinh lớp 12 THPT, Ban KHTN. Giải hệ thống
bài tập chương Lượng tử ánh sáng nhằm nâng cao chất lượng dạy hoc bộ
môn vật lý là hết sức cần thiết.
2. Mục đích nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu một số vấn đề lý luận về BTVL xác định mục
tiêu dạy học chương VII Lượng tử ánh sáng và tìm hiểu thực tế dạy học Bài
tập chương mà phân loại các bài tập của chương, lựa chọn và hướng dẫn học
sinh giải hệ thống bài tập chương này trong dạy học vật lý lớp 12 THPT nhằm
nâng cao chất lượng học tập của học sinh.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu

3.1. Nghiên cứu một số vấn đề lý luận chung về BTVL
3.2. Xác định mục tiêu dạy học chương VII Lượng tử ánh sáng
3.3. Điều tra thực trạng dạy hoc BTVL chương VII Lượng tử ánh
sáng của giáo viên, học sinh lớp 12THPT.
3.4. Phân loại, đề ra phương pháp giải từng loại bài tập chương VII
Lượng tử ánh sáng lớp 12THPT.
3.5. Lựa chọn hệ thống bài tập chương VII Lượng tử ánh sáng lớp
12THPT, trong dạy học vật lý.
3.6. Đề ra cách sử dụng hệ thống bài tập đó trong dạy học nhằm nâng
cao chất lượng học tập của học sinh lớp 12 THPT, Ban KHTN.
3.7. Hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập chương VII Lượng tử
ánh sáng lớp 12 THPT, Ban KHTN.

2

4. Đối tượng nghiên cứu

4.1. Đối tượng nghiên cứu
Hoạt động dạy học bài tập chương VII lớp 12 THPT, Ban KHTN của
giáo viên và học sinh.
4.2. Phạm vi nghiên cứu
Dạy học hệ thống bài tập chương VII Lượng tử ánh sáng lớp 12
THPT, ban KHTN của giáo viên và học sinh THPT Yên Lạc - Vĩnh Phúc.
5. Phương pháp nghiên cứu

Trong luận văn, chúng tôi sử dụng phối hợp các phương pháp chủ yếu
đó là: Nghiên cứu lý luận về BTVL, điều tra cơ bản về dạy hoc hệ thống bài
tập chương VII. Lượng tử ánh sáng qua dự giờ,trò chuyện của giáo viên và
học sinh.

3


Nội dung
1. Một số vấn đề lý luận về bài tập vật lý
1.1. Quan niệm
Theo X.E. Cametxki và V.p.ô.rê khôv. Trong thực tiễn dạy học và tập
vật lý là một vấn đề không lớp trong trường hợp tổng quát được giải quyết nhờ
những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm trên cơ sở các định luật
và phương pháp vật lý (X.E. Cametxki và V.p.ô.rê khôv) - phương pháp giải
bài tập vật lý Tập 2. NXB GD - 1976).
Thông thường trong sách giáo khoa và tài liệu phương pháp giảng dạy
bộ môn, Bài tập vật lý được hiểu là những bài tập được lựa chọn một cách phù
hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lý, hình thành các

khái niệm, phát triển tư duy vật lý của học sinh và rèn luyện kỹ năng vận dụng
các biểu thức của học và thực tiễn.
Hiểu theo nghĩa rộng thì sự tư duy định hướng tích cực về một vấn đề
nào đó luôn luôn là việc giải bài tập về thực chất mỗi một vấn đề mới xuất
hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa trong tiết học vật lý chính là một bài tập
đối với học sinh.
Trên cơ sở nghiên cứu các định nghĩa về bài tập vật lý, T.S Nguyễn Thế
Khôi (Luận án PTS PPGD Vật lý trường ĐHSP Hà Nội, 1995) cho rằng Bài
tập vật lý có hai chức nắng chủ yếu là: Tập vận dụng kiến thức cũ và tìm hiểu
kiến thức mới.
1.2. Tác dụng của bài tập vật lý trong dạy học
BTVL trong dạy các phương pháp dạy học nhằm thực hiện tất cả các
nhiệm vụ dạy vật lý ở các trường phổ thông cụ thể là:
- BTVL giúp học sinh hình thành các và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận
dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái
quát: BTVL là một những phương tiện rất quý báu để hình thành và rèn luyện
kĩ năng, kỹ năng, kỹ xảo, vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói

4


quen vận dụng kiến thức khái quát đã thu được để giải quyết những vấn đề
thực tiễn có thể.
Xây dựng nhiều bài tập có nội dung thực tiễn, trong đó yêu cầu học sinh
phải vận dụng kiến thức lý thuyết để giải thích các hiện tượng thực tiễn hoặc
dự đoán các hiện tượng có thể xảy ra trong thực tiễn ở những điều kiện cho
trước.
- BTVL có thể là điểm khởi đầu để dẫn đến kiến thức mới đảm bảo cho
học sinh nắm được kiến thức một các sâu sắc và vững chắc.
- BTVL là phương tiện để ôn tập những kiến thức đã học, củng cố kién

thức của bài giảng. Khi giải bài tập học sinh không chỉ đơn thuần vận dụng
các kiến thức của bài học mà phải nhớ lại các kiến thức đã học thuộc nhiều
chương, phần của chương trình. Khi đó học sinh sẽ nắm được mối liên hệ các
kiến thức cơ bản với nhau, nhờ đó ghi nhớ sâu sắc hơn những kiến thức học.
- BTVL là một phương tiện để phát triển tư duy vật lý của học sinh có
nhiều bài tập vật lý không dừng lại trong phạm vi vận dụng những kiến thức
đã học mà còn giúp bồi dường cho học sinh tư duy sáng tạo. Đặc biệt là những
bài tập giải thích hiện tượng, bài tập thí nghiệm, bài thập thiết kế dụng cụ rất
có ích bề mặt này.
- BTVL là một trong những phương tiện để kiểm tran, đánh giá mức độ
nắm vững các kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo và thói quen của học sinh một cách
chính xác. Khi vận dụng kiến thức để giải bài tập học sinh không những phải
hiểu kiến thức có liên quan mà còn phải biết vận dụng sáng tạo và tình huống
cụ thể để tìm ra lời giải. Vì vậy sẽ giúp phát hiện được trình độ trí tuệ, làm bộc
lộ những khó khăn chủ yếu, những sai lầm phổ biến của học sinh trong học
tập, giúo họ vượt qua khó khăn và khắc phục những sai lầm đó.
- BTVL có tác dụng giáo dục tư tưởng đạo đức, kỹ thuật tổng hợp và
hướng nghiệp cho học sinh.

5


1.3. Phân loại bài tập vật lý
Có nhiều cách phân loại bài tập vật lý theo nhiều dấu hiệu khác nhau,
trong số đó có hai cách phổ biến sau:
1.3.1. Theo nội dung BTVL được chia theo các dấu hiệu tài liệu vật lý,
nội dung trừu tượng hay cụ thể, theo nội dung lịch sử, theo tính chất vật lý,
theo nội dung thực tế kỹ thuật và theo tính chất giả tạo của các sự kiện.
1.3.2. Theo phương thức giải, BTVL được chia làm bốn loại:
- Bài tập định tính

- Bài tập định lượng
- Bài tập thí nghiệm
- Bài tập đồ thị
Hiện nay chưa có một sự thống nhất về tiêu chuẩn phân loại bởi vì trong
bất cứ loại bài tập nào cũng có một vài yếu tố của loài bài tập khác.
Trong phạm vi của đề tài nghiên cứu, chúng tôi không có tham vọng đi
sâu vào xem xét việc phân loại bài tập vật lý mà chỉ phân loại bài tập vật lý
theo phân loại đã được đưa hết phân loại bài tập vật lý theo phương thức và
trong đó chúng ta chỉ sử dụng hai loại bài tập: bài tập định tính và bài tập định
lượng.
1.4. Nguyên tắc lựa chọn hệ thống bài tập vật lý cho một đề tài, chương
phần của giáo trình vật lý THPT.
Việc chọn lọc hệ thống bài tập cho bất cứ đề tài nào dù lớn hay nhỏ, cần
phải thoả mãn một số yêu cầu sau:
- Hệ thống bài tập đó phải bao gồm cả bài tập cơ bản và bài tập phức
hợp. Muốn vậy trước hết phải xác định đầy đủ các loại bài tập cơ bản, số
lượng bài tập cơ bản từng loại, tương ứng với mỗi kiến thức, mỗi đề tài và lựa
chọn các bài tập phức hợp đa dạng về phương pháp giải, phương thức giải và
về nội dung của nó. Đồng thời các bài tập phải sắp xếp từ dễ đến khó, từ đơn
giản đến phức tạp về số lượng, nội dung kiến thức cần vận dụng.

6


- Số lượng bài tập trong hệ thống phải phù hợp với thời gian quy định
của chương trình học, với thời gian học ở nhà của học sinh.
- Hệ thống bài tập phải góp phần khắc phục những khó khăn chủ yếu và
những sai lầm phổ biến của học sinh trong học tập. Mỗi bài tập giải đóng góp
phần nào đó vào việc nắm vững kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kỹ xảo, thói
quen vận dụng kiến thức đã chiếm hữu được, phát triển được năng lực của học

sinh trong việc giải quyết các vấn đề học tập và thực tiễn mà bài tập, sau phải
đem lại cho học sinh một điều mới lạ nhất và một khăn vừa sức đồng thời việc
giải bài tâp trước là cơ sở cho việc giải bài tập sau.
1.5. Phương pháp giải bài tập vật lý.
Để giải một bài toán vật lý, thông thường ta tiến hành theo các bước
như sau:
Bước 1: Tìm hiểu đề tài
- Đọc, ghi, ngắn gọn các dữ liệu xuất phát và phải tìm
- Mô tả lại tình huống được nêu trong đầu bài, vẽ hình minh hoạ (nếu
cần).
- Nêu đề tài yêu cầu phải làm thí nghiệm hoặc vẽ đồ thị để thu được dữ
liệu.
Bước 2: Xác lập mối liên hệ của các dữ liệu xuất phát với các phải tìm.
- Đối chiếu với các dữ liệu xuất phát và các phải tìm xem xét bản chất
vật lý của tình huống đã cho để nhận ra các định luật, các công thức lý thuyết
có liên quan.
- Xác lập mối liên hệ cụ thể của các dữ kiện xuất phát và của các phải
tìm.
- Lựa chọn các mối liên hệ, cho thấy sự liên hệ của các phải tìm với dữ
kiện hiệu xuất phát và từ đó có thể rút ra các phải tìm.

7


Bước 3: Rút ra kết quả cần tìm
Từ các mối liên hệ cơ bản đã xác lập được tiếp tục luận giải, tính toán
rút ra kết quả cần tìm.
Bước 4: Kiểm tra, xác nhận kết quả.
Để có thể xác nhận kết quả vừa tìm được cần kiểm tra lại việc giải và
kếy quả theo một hoặc một số cách sau:

- Kiểm tra xem đã thực hiện các yêu cầu của bài toán đặc ra chưa?
- Kiểm tra việc tính toán đã đúng chưa (dấu đại số,kết quả làm tròn....)
- Kiểm tra xem thử nguyên có phù hợp không?
- Giải pháp bài tập theo cách khác nhay có cho cùng kết quả không?
1.5. Các kiểu hướng dẫn học sinh lài tập.
1.5.1. Hướng dẫn theo mẫu (Algô rit)
- Algôrit là một bản chỉ dẫn bao gồm các thao tác (hoạt động sơ cấp)
được học sinh hiểu một cách đơn giản và nắm vững, được xác định một cách
rõ ràng, chặt chẽ. Trong điều kiện đó chỉ rõ cần thực hiện nhiều hành động
nào và theo trình tự nào để đi đến kết quả mong muốn.
- Kiểu hướng dẫn này thường áp dụng khi cần dạy cho học sinh từng
loại bài tập cơ bản và điển hình đồng thời luyện đọc cho học sinh kỹ năng giải
bài tập. Trên cơ sở đó học sinh nắm được Algôrit cách giải.
- Ưu điểm: Kiểu hướng dẫn này giúp học sinh giải bài tập một cách
chắc chắn và rèn luyện kỹ năng giải bài tập có hiệu quả.
- Hạn chế: Kiểu hướng dẫn này ít có tác dụng tạo cho học sinh khả
năng tìm tòi sáng tạo, sự phát triển tư duy của học sinh bị hạn chế.
1.5.2. Hướng dẫn tìm tòi (hoạt động ơrxtic)
- Hướng dẫn tìm tòi là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học
sinh suy nghĩ tìm tòi cách giải quyết vấn đề, tự xác định các hoạt động cần
thực hiện để thu được kết quả.

8


- Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi cần giúp đỡ vượt quá khó khăn
để giải bài tập, đồng thời đảm bảo phát triển tư duy và rèn luyện được cho học
sinh kỹ năng học tự lực tìm tòi cách giải quyết vấn đề.
- ưu điểm: Tránh tình trạng giáo viên giải thay bài tập cho học sinh.
- Hạn chế: Không phải bao giờ cũng đảm bảo cho học sinh giải bài tập

một cách chắc chắn. Sự hướng dẫn của giáo viên phải sao cho không đưa học
sinh đến chỗ còn việc thừa các hành động theo mãi.
1.3.5. Định hướng khái quát chương trình hoá
Đây cũng là kiểu hướng dẫn cho học sinh tìm tòi cách giải quyết những
định hướng hoạt động tư duy của học sinh theo đường lối khách quan của việc
giải quyết vấn đề.
- Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn toàn bộ
đến tiến trình hoạt động giải bài tập của học sinh, giúp học sinh tực lực giải
bài tập đã cho, dạy cho các em cách suy nghĩ trong quá trình giải bài tập và tự
rút ra phương pháp giải một loại bài tập nào đó.
- ưu điểm: Kiểu hướng dẫn này rèn luyện tư duy cho học sinh trong quá
trình giải bài tập đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đã cho.
- Khó khăn: Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi sự hướng dẫn của giáo viên
phải theo sát tiến trình giải bài tập của học sinh là không thể chỉ đưa vào
những lời hướng dẫn đã soạn sẵn mà phải kết hợp với trình độ học sinh để
điều chỉnh sự giúp đỡ cho thích hợp.
Trong đề tài nghiên cứu, chúng ta chỉ sử dụng hai kiểu hướng dẫn đầu
(hướng dẫn Alôgrit và Ơrixtic) trong quá trình trình bày hướng dẫn học sinh
giải các bài tập được đề cập
2. Xác định mục tiêu dạy học chương VII Lượng tử ánh sáng
Trong quá trình dạy học chương VI Lượng tử ánh sáng cần đảm bảo
cho học sinh nắm được những kiến thức cơ bản sau:

9


2.1. Hiện tượng quang điện (hay còn gọi là hiện tượng quang điện ngoài)
Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là
hiện tượng quang điện ngoài, thường gọi tắt là hiện tượng quang điện.
2.2. Các định luật quang điện

2.2.1. Định luật quang điện thứ nhất (hay định luật về giới hạn quang
điện)
Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim
loại có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng

0 , 0 được gọi là giới hạn quan điện của kim loại đó: 0 .
2.2.2. Định luật quang iện thứ hai (hay điện luật về cường độ dòng quan
điện bão hoà)
Đối với mỗi ánh sáng thích hợp có ( 0 ) cường độ dòng quang điện
bão hoà tỉ lệ thuận với cường độ của chùm ảnh sáng kích thích.
2.2.3. Định luật quang điện(hay định luật về động năng ban đầu của
electron quang điện).
Động năng ban đầu cực đại của electron quang điện không phụ thuộc
vào cường độ chùm sáng kích thích,mà chỉ phụ thuộc vào bước sáng của ánh
sáng kích thích và bản chất của kim loại.
2.3. Thuyết lượng tử ánh sáng
2.3.1. Giả thuyết lượng tử năng lượg của plăng.
Lượng năng lượng mà mỗi lần mộtmột nguyên tử hay phân tử hấp thụ
phát xa có giá trị hoàn toàn xác định, gọi là lượng tử năng lượng, kí hiệu bằng
chữ , có giá trị: =h.f
với: f: là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát xạ ra
h: là hằng số gọi là hằng số plăng, h 6,625.1034.J .S

10


2.3.2. Thuyến lượng tử ánh sáng (thuyết phôtôn)
+ Chùm ánh sáng là một chùm các phôtôn các lượng tử ánh sáng). Mỗi
phô tôn có năng lượng xác định h. f (f là tần số của sáng ánh sáng đơn sác
tương ứng). Cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1 giây)

+ Phân tử, nguyên tử electron...phát xạ hay hấp thụ ánh sáng cũng có
nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn.
+ Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s trong chân
không.
Năng lượng của mỗi phôtôn rất nhỏ. Một chùm sáng dù yếu cũng chứa
rất nhiều phôtôn do rất nhiều nguyên tử, phân tử phát ra. Vì vậy ta nhìn thất
chùm sáng liên tục
Phôtôn chỉ tồn tại ở trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên
Chú ý:
* Công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện.
Anhxtanh cho rằng, hiện tượng quang điện xảy ra là do electron trong
kim loại hấp thụ phôtôn của áng sáng kích thích. Phôtôn bị hấp thụ truyền
toàn bộ năng lượng của nó cho electron. Năng lượng này dùng để:
+ Cung cấp cho electron đó một công A gọi là công thoát để electron
thắng được lực liên kết với mang tính thể và thoát ra khỏi bề mặt kim loại.
+ Truyền cho electron đó một động năng ban đầu.
+ Truyền một phần năng lượng cho mạng tinh thể.
Nếu electron này nằm ngay tiêu lớp bề mặt kim loại thì nó có thể thoát
ra ngoài ngay mà không mất năng lượng, truyền cho mạng tinh thế. Động
năng ban đầy này có giá trị cực đại:

1 2
mv0 max
2

Theo địng luật bảo toàn năng lượng ta có:
hf

hc

1
A m0v02 max

2

11


(Công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện)
2.4. Lưỡng tính sáng - hạt của ánh sáng.
ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Ta nói ánh sáng có
lưỡng tính sóng - hạt
Trong mỗi hiện tượng quan học, ánh sáng thường thể hiện rõ một trong
hai tính chất trên. Khi tính chất sáng thể hiện rõ thì tính chất hạt mờ nhạt và
ngược lại:
+ Tính chất hạt thể hiện rõ khi ánh sáng có bước sóng ngắn thì phôtôn
ứng với chúng có năng lượng càng lớn: Có khả năng đâm xuyên, tác dụng
quang điện, ion hoá, phát quang.
+ Tính chất sóng thể hiện rõ khi ánh sáng có bước sóng dài, năng lượng
phôtôn nhỏ, dễ quan sát hiện tượng giao thoa, tán sắc ánh sánh nhiễu xạ....
2.5. Hiện tượng quang điện
2.5.1. Hiện tượng quang điện
Hiện tượng tạo thành các electron dẫn và lỗ trống trong bán dẫn, do tác
dụng của ánh sáng thích hợp, gọi là hiện tượng quan điện trong.
2.5.2. Hiện tượng quang dẫn
Hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn khi
có ánh sáng thích hợp chiếu vào gọi là hiện tượng quang dẫn.
- Hiện tượng quang dẫn được giải thích dựa trên hiện tượng quang điện
trong.
- Ias tăng thì càng nhỏ (hay càng tăng) và ngược lại

: điện trở suất.

: độ dẫn điện

12


2.5.3. Quang trở là một tấm bán dẫn có điện trở giảm mạnh khi bị ánh
sáng chiếu vào.
Hoạt động: Dựa vào hiện tượng quang điện trong
ứng dụng: Đóng mở mạch điều khiển tự động, mạch đóng ngắt tự động....
thay thế tế bào quang điện trong hiện tượng quang điện ngoài.
2.5.4. Pin quang điện: Gồm tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp
bán dẫn mỏng loại p, trên cũng có 1 lớp kim loại mỏng có thể cho ánh sáng
xuyên qua; dưới cùng là đế kim loại.
Pin quang điện là nguồn điện trong đó quang năng biến đổi trực tiếp
thành điện năng. Suất điện động 0,5V 0,8V .
Hoạt động: Dựa trên hiện tượng quang điện trong
ứng dụng: Làm pin mặt trời sử dụng ở các vùng sâu, trên các vệ tinh
nhân tạo, con tàu vũ trụ, máy tính bỏ túi...
2.6. Mẫu nguyên tử B0
+ Tiên đề 1: Tiên đề về trạng thái dứng
Nguyên tử chỉ tồn tại trong một trạng thái có khả năng lượng xác định
gọi là trạng thái dừng. Khi ở trạng thái dừng nguyên tử không bức xạ.
+ Tiên đề 2: Tiên đề và sự bức xạ hay hấp thụ năng lượng của nguyên tử
khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng En sang trạng thái
dừng có năng lượng em (với En > Em) thì nguyên tử phát ra một phôtôn có
năng lượng đúng bằng hiệu En Em hf En Em
Ngược lại khi nguyên tử chuyển động trạng thái dừng có năng lượng
thấp Em mà hấp thụ được một phôtôn có năng lượng hf đúng bằng hiệu En Em thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng En lớn hơn.

13


* Hệ quả
+ Trong trạng thái dừng của các nguyên tử, electron chỉ chuyển động
quanh hạt nhân theo những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các
quỹ đạo dừng.
+ Đối với nguyên tử Hiđrô, bán kính quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình
phương các số nguyên tử liên tiếp.
rn = n2ro.

với ro bán kính Bo với r0 là bán bính Bo và r0 5,3.1011 m

ở quỹ đạo K: rK 12.r0
ở quỹ đạo L: rL 22.r0
ở quỹ đạo M: rM 32.r0
+ Quỹ đạo có bán kính càng lớn thì năng lượng càng lớn và ngược lại.
+ Ta quy ước mức năng lượng nguyên tử khi electron xa hạt nhân vô
cũng bằng 0. Do đó, mọi mức năng lượng đều có giá trị âm.
2.7. Quang phổ nguyên tử hiđro
+ Quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử hiđro sắp xếp thành các dãy
khác nhau.
- Trong miền tử ngoại có một dãy, gọi là dãy Laiman.
- Dãy thức hai, gọi là dãy Banme gồm các vạch nằm trong vùng tử
ngoại và 4 vạch nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy là: Vạch đỏ
H 0,6563 m ,

vạch

H 0,4861 m

lam

vạch

chàm

H 0,434 m , Vạch tím H 0,4102 m

Trong miền hồng ngoại có một dãy gọi là dãy Pasen.
+ Mẫu nguyên tử Bo giải thích được cấu trúc quang phổ vạch của hiđro
cả về định tính lẫn định lượng.
- Dây Laiman được thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ở phía
ngoài về quỹ đạo K

14


- Dãy Banme được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ở phía
ngoài về quỹ đạo L.
- Dãy Pasen được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ở phía
ngoài về quỹ đạo M.
P
O

N
M

Pasen

L

Banme

K

Laiman
2.8. Hấp thụ ánh sáng

Là hiện tượng môi trường vật chất làm giảm cường độ của chùm sáng
truyền qua nó.
Định luật về sự hấp thụ ánh sáng: Cường độ I của chùm sáng đơn sắc
khi truyền qua môi trường hấp thụ, giảm theo định luật hàm mũ của độ dài d
của đường đi tia sáng.
I I 0 .e .d





I 0 : Cường độ chùmsáng tới môi trường W / m 2
Với
: Hệsố hấp thụ của môi trường Phụ thuộc l ánh sáng

Chú ý:
- Nguyên nhân hấp thụ là do sự tương tác giữa ánh sáng với các nguyên
tử cấu tạo nên môi trường.
- Cường độ của một chùm sáng bằng quang năng mà chiếu sáng tải qua
một đơn vị diện tích đặt vuông góc với tia sáng trong một giây.

15


b. Sự phát quang: là hiện tượng một số chất có khả năng hấp thụ ánh
sáng kích thích đó có bước sáng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác.
có 2 loại:
- Huỳnh quang: xảy ra với chất lỏng và chất khí, thời gian phát quang
ngắn (dưới 10 8 s )
- Lân quang: xảy ra với chất rắn, thời gian phát quang dài ( 10 8 s trở
đi).
* Định luật xtốc về sự phát quang ánh sáng phát quang có bước sóng '
dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích .
'
2.11. LaZe: Là nguồn phát ra chùm sáng song song kết hợp, có tính đơn
sắc cao và có cường độ lớn.
- ứng dụng: trong thông tin liên lạc (cáp quang, vô tuyến định vị, điều
khiển tàu vũ trụ...) dùng làm dao mổ trong phẫu thuật dùng trong các đầu đọc
đĩa CD, bút trỏ bảng, trong khoan cắt vật liệu.
2.12. Sơ đồ ôn tập chương.
Hiện tượng quang điện các định luật quang điện

Thuyết lượng tử ánh sáng

Hiện tượng quang điện trong

Mẫu nguyên tử Bo
Sự phát quang

Hiện tượng quang dẫn

ứng dụng
Quang
điện trở

Quang phổ vạch
của nguyên tử
hiđro
Huỳnh
quang

Pin quang
điện
16

Lân
quang


3. Thực trạng dạy học bài tập vật lý chương VII Lượng tử ánh sáng của
giáo viên, học sinh lớp 12 THPT, Ban KHTN.
Để nắm được thực trạng dạy học bài tập đề tài: Lượng tử ánh sáng
của chương VII vật lý 12 THPT, Ban KHTN, chúng tôi đã tiến hành điều tra
cơ bản dạy học bài tập đề tài này của giáo viên và học sinh lớp 12 THPT Yên
Lạc 1 - Vĩnh Phúc với các biện pháp chủ yếu sau:
- Dự giờ các tiết học luyện tập giải bài tập chương VII vật lý 12 THPT,
Ban KHTN.
- Trao đổi với giáo viên và học sinh về tình hình dạy học bài tập chương
VII. vật lý 12 THPT, Ban KHTN như số lượng các bài tập ra, mức độ khó dễ
của các bài tập, các dạng bài tập và phương pháp dạy của giáo viên, nghiên

cứu các bài kiểm tra 15 phút, một tiết về mức độ khó dễ của bài, kết quả của
học sinh để xác định mức độ nắm vững kiến thức của học sinh.
Quá trình điều tra dẫn chúng tôi đến một số nhận xét sau:
3.1. Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập và hệ thống bài tập
của giáo viên:
- Thường áp đặt lối suy nghĩa của mình cho học sinh: Chữa các bài tập
đã cho học sinh mà chưa quan tâm đúng mức đến việc hướng dẫn học sinh
giải bài tập đó.
- Thường chỉ cho học sinh giải bài tập ở sách giáo khoa và sách bài tập.
Chưa lựa chọn các bài tập một cách hệ thống.
- Chưa phân tích phương pháp giải từng loại bài tập cho học sinh biết.
- Chưa quan tâm đúng mức đến sự thay đổi cách hướng dẫn học sinh
giải bài tập để phù hợp với từng loại đối tượng học sinh.
- Không lôi cuốn được tất cả học sinh trong lớp tham gia giải bài tập.
- Đa số học sinh quen với cách học tập đọc chép nên trong các giờ bài
tập chỉ chép các bài chữa của giáo viên hoặc bài giải của bạn được chỉ định

17


lên bảng. Vì vậy không ít học sinh không giải được bài tập tương tự với bài
giải trên lớp.
- Một số học sinh lười làm bài tập về nhà.
- Một số khó khăn chủ yếu của học sinh.
+ Lúng túng khi xác định dấu của U h , e
+ Chưa hiểu rõ bản chất của hiện tượng quang điện.
+ Kỹ năng tính toán còn yếu như giải ước các giá trị vô tỉ, tính gần
đúng, làm trái các kết quả...
4. Phân loại bài tập và phương trình giải từng loại bài tập chương VII
lượng tử ánh sang

Căn cứu vào một số vấn đề lý luận về bài tập vậy lý, mục tiêu dạy học
chương VII Lượng tử ánh sáng và thực tế dạy học bài tập chương này ở
trường THPT; chúng tôi chia bài tập ra làm 6 loại bài tập sau và đề ra phương
pháp giải hay những lưu ý khi giải từng loại bài tập trong khi bài tập chương
này:
4.1. Phân loại bài tập:
Loại 1: Xác định điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện.
Loại 2: Xác định các đại lượng đặc trưng cho hiệu tượng quang điện.
Loại 3: Khảo sát chuyển động của electrron quang điện trong điện, từ
trường đều.
Loại 4: Xác định các hằng số vật lý dựa vào hiện tượng quang điện.
Loại 5: Xác định bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen, số electron đập
vào đối catot trong một đơn vị thời gian, động năng cực đại của một electron
đập vào đối catot.
Loại 6: Xác định bước sóng (hoặc tần số) của các vạch (các bức xạ).
Mức năng lượng cuả electron trong nguyên tử hiđrô, bán kính quỹ đạo
dừng của nguyên tử hiđrô... dựa vào mẫu nguyên tử Bo và quang phổ vạch của
nguyên tử hiđrô.

18


4.2. Phương pháp giải từng loại bài tập
4.2.1. Loại 1: Xác định điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện
Đây là loại bài tập tương đối đơn giản, để giải được loại bài tập này ta
cần chú ý:

1. áp dụng công thức giới hạn quang điện

0

hc
A

Hiện tượng quang điện xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim
loại có bước sóng thoả mãn:

0
2. Lưu ý: Khi tính toán bằng số, cần chuyển các đơn vị của các đại
lượng cho trong bài về đơn vị SI.
4.2.2. Loại 2: Xác định các đại lượng đặc trưng cho hiện tượng quang
điện.
Có thể giải loại bài tập này theo các bước sau:
Bước 1: Phân tích hiện tượng vật lý xảy ra từng bài.
Bước 2: Xác định các dữ liệu đã cho, đổi các đơn vị của các đại lượng
cho trong bài về đơn vị SI (nếu cần).
Bước 3: áp dụng công thức để xác định.
+ Lượng tử ánh sáng: hf

hc



f : Tầnsố bức xạ

Với : Bướcsóng của bức xạ trong chân không
h :hằngsố plăng


+ Phương trình Anhxtanh:

19


1
2

A mv02
A : Công thoát của electron khỏi kim loại
Với
v0 : Vận tốc đầu cực đại của electron khi ra khỏi catot

+ Công thoát electron của kim loại:
A

hc

0

+ Công suất của nguồn sáng:

P N.
Với

N : Số phô t ô n ứng với bức x ạ phát ra mỗi giây

: l ượng tử ánh sáng

+ Cường độ dòng quang điện bão hoà:
Ibh n.e

Với

n :Số electron tớianot mỗi giây

e :điện tích nguyê n tố

+ Hiệu suất lượng tử: H

n
N

1
+ Hiệu điện thế hàm: Wđmax mv02 e.Uh
2

4.2.3. Loại 3: Khảo sát chuyển động của electron quang điện trong điện
từ trường đều.
Để giải bài tập vật lý loại này có thể tiến hành theo các bước sau:
Bước 1: Phân tích hiện tượng vật lý xảy ra trong bài.
Bước 2: áp dụng công thức chuyển động của electron trong:

+ Trong điện trường đều E
Trọng lực không đáng kể nên lực tác dụng lên electron quang điện là
lực điện trường

20

F e.E


+ Trong từ trường đều B

Trọng lực không đáng kể nên lực tác dụng lên electron quang điện là
lực lorenx.


Nếu v0 vuông góc với B : F v; F e.v0 .B

av

Khi đó electron chuyển động đều với bán kính
R

m.v0
e.B

( v0 là vận tốc ban đầu của electron quang điện khi bay vào từ trường)
Bước 3: Kết hợp với công thức của định luật II niutơn, mối quan hệ
giữa lực và gia tốc hướng tâm, phương trình chuyển động của một chất điểm
(electron quang điện) trên các trục toạ độ, cụ thể:
+ Xác định bán kính quỹ đạo của electron trong từ trường đều:

+ Dựa vào lực Lorenxơ: F eV
. .B.sin ( là góc hợp bởi giữa v và

B ).

+ Dựa vào quan hệ giữa lực và gia tốc hướng tâm
F m.an

mv 2
k

- Xác định độ lệch của electron quang điện trong điện trường đều.
x v0 .t v0cos .t


at 2
at 2
v0 y .t
v0 sin .t
y

2
2

Với

a

F e.E eU
.


m m m.d

21


4.2.4. Loại 4: Xác định các hừng số vật lý dựa vào hiện tượng quang
điện
Để giải bài tập loại này cần lưu ý:
+ Công thức của lượng tử ánh sáng:

hf

hc



1
+ Phương trình Anhxtanh: A mv02
2

+ Phương trình về hiệu điện thế hãm
1
eU
. h mv02 ;U h U AK
2

4.2.5. Loại 5: Xác định bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen số electron
đập vào đối catot trong một đơn vị thời gian động năng cực đại của một
electron đập vào đối catot.
Để giải bài tập loại này cần lưu ý:
+ Cơ chế tạo ra dòng electron.

Trong ống Rơnghen vẫn có sẵn một số ion dương, các ion này được
tăng tốc trên một điện trường mạnh giữa anot và catot chúng chuyển động
mạnh về catot khi tới catot chúng có một động năng rất lớn khi va chạm vào
catot chúng làm bật ra từ catot các electron.
- Xét trường hợp lý tưởng, không có sự biến thiên nhiệt độ do đó toàn
bộ động năng của điện tử biến thành năng lượng tia Rơnghen lúc này ống
Rơnghen phát ra tia Rơnghen có bước sóng ngắn nhất.
+ Theo định lý biến thiên động năng
e.U KA e .U KA Eđmax

2
mvmax
hc

hfmax
2
min

Với:
+ U AK : Là hiệu điện thế giữa 2 đầu anot và catot cuả ống Rơnghen.

22


+ fmax là tần số lớn nhất của tia Rơnghen mà ống có thể phát ra.
+ min là bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnughen mà ống có thể phát ra.

1
+ Eđ = mv2 l động năng của electron khi tới được đối âm cực.
2

* Định lý biến thiên năng lượng
Eđ Q hf Q

:Năng lượng của tia Rơnghen
Với:
Q : Nhiệt lượng làm nóng đối âm với

- Khi các electron đập vào đối âm của (AK) sẽ làm sóng AK. Nhiệt
lượng cung cấp làm tăng nhiệt độ của AK lên t 0 C là: Q m.C.t 0
m : Là khối lượng của đốiâm cực
Với:
C : Là nhiệt dung riê ng của chất làm đối âm cực

- Cường độ dòng điện trong ống Rơnghen
I

N
e
t

Với N : Là số electron đập vào đối âm cực trong thờigian
4.2.6. Loại 6: Xác định bước sóng (hoặc tần số) của các vạch các bức
xạ trong quang phổ nguyên tử hiđro, mức năng lực của electron trong nguyên
tử hiđro, bán kính quỹ đạo dừng của nguyên tử hiđro dựa vào mẫu nguyên tử
Bo quang phổ vạch của nguyên tử hiđro
Để giải bài tập loại này ta cần lưu ý:
+ Công thức theo mẫu nguyên tử Bo
Em

hfmn Em En Em En

Với

mn

c
fmn

hf

hf

Hấp thụ

Bức xạ

+ Năng lượng của electron trong
En

nguyên tử hiđro có biểu thức

23


En

Rh
13,6
hay En
eV
2

n
n2

Trong đó:
+ h: Là hằng số plăng.
+ R: Là hằng số (không phải là hằng số Ribbec)
+ n: Là số tự nhiên.
n 1 : ứng với quỹ dạo k (năng lượng thấp nhất).

n 2 : ứng với quỹ đạo L.
E0 13,6eV là năng lượng cần thiết để biết electron khỏi nguyên tử

hiđro khi nguyên tử ở quỹ đạo có năng lượng thấp nhất n 1 .
Năng lượng ion hoá khi nguyên tử ở trạng thái ứng với mức năng lượng
thử n (kà năng lượng cần thiết để được electron từ mức năng lượng này ra xa
vè cực nghĩa là biết electron khỏi nguyển tử hiđro.
E E En En (do E 0 )

- Hệ quả quan trong suy ra từ hai tiền đề Bo là: Trong trạng thái dừng
các electron chuyển động quan hạt nhân theo những quỹ đạo có bán kính hoàn
toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng.
Quỹ đạo dừng

K

L

M

N

O

P

Bán kính

r0

4r0

9r0

16r0

25r0

36r0

Với r0 0,5.10 10 m là bán kính Bo
- Cần chú ý đến đơn vị đo các đại lượng (E do bằng Jun, f do bằng hec
, đo bằng mét).
5. Hệ thống bài tập chương VII Lượng tử ánh sáng
Bài 1: Khi chiếu vào một tấm kim loại một chùm sáng đơn sắc có bước
sóng 0, 2 m , động năng cực đại của các electron bắn ra là 8.1019 J . Hỏi khi
chiếu vào tấm kim loại đó lần lượt hai chùm sáng đơn sắc có bước sáng

1 1,40 m và 2 1,0 m thì có xảy ra hiện tượng quang điện không?

24

Bài 2: Khi chiếu bức xạ có tần số f 2,538.1015 Hz lên một kim loại
dùng làm catot của một tế bào quang điện thì các electron bắn ra đều bị giữ lại
bởi điện thế hoàn Uh 8V . Nếu chiếu đồng thời lên kim loại trên các bức xạ

1 0,04 m và 2 0,60 m thì hiện tượng quang điện có xảy ra không?
Tính động năng ban đầu cực đại của quang electron.
Bài 3: Giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catot là 0,66 m .
Tính:
1. Công thoát của kim loại dùng làm catot.
2. Tính động năng cực đại và vận tốc cực đại của electron quang điện
khi biết ra khỏi cactot biết ánh sáng chiếu vào có bước sóng là 0,5 m .
Bài 4: Một ngọn đèn phát ánh sáng đơn sắc có 0,6 m . Sẽ phát ra
bao nhiêu phôtôn trong 10 giây nếu P đều là 10W.
Bài 5: Cho cường độ dòng quang điện bão hoà là 0,32mA . Tính số
electron tách ra khỏi catot của tế bào quang điện trong thời gian 20 giây. Biết
chỉ có 20 số electron tách ra về được anot.
Bài 6: Khi chiếu một bức xạ điện tử có bước sóng 0,5 m vào bề mặt
của tế bào quang điện tạo ra dòng quang điện bão hòa là 0,32A .
Công suất bức xạ đập vào catot là P 5W . Tính hiệu suất lượng tử H của tế
bào quang điện.
Bài 7: Ta chiếu ánh sáng có bước sáng 0,42 m vào catot của một tế
bào quang điện, công thoát của kim loại làm catot là 2eV . Để triệt tiêu dòng
quang điện thì phải dùng một hiệu điện thế hãm U h bằng bao nhiêu?
Bài 8: Một quả cầu bằng đồng (Cu) cô lập về điện được chiếu bởi một
bức xạ điện từ có 0,14 m . Cho giới hạn quang điện của Cu là

0 0,3 m . Tính điện thế cực đại của quả cầu.

25