Giáo án Vật lý 12 bài 30: Hiện tượng quang điện, Thuyết lượng tử ánh sáng

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí

HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN - THUYẾT LƯỢNG TỬ
ÁNH SÁNG
I. MỤC TIÊU:
- Hiểu và nhớ được các khái niệm: hiện tượng quang điện, êlectron quang điện,
dòng quang điện, giới hạn quang điện, dòng quang điện bão hòa, hiệu điện thế hãm.
- Hiểu được nội dung và nhận xét kết quả TN khảo sát định lượng hiện tượng
quang điện.
- Hiểu và phát biểu được các định luật quang điện.
- Nắm chắc nội dung thuyết lượng tử ánh sáng và vận dụng để giải thích các định
luật quang điện.
- Nắm được công thức Anh-xtanh để giải bài tập về hiện tượng quang điện.
II. CHUẨN BỊ:
1. Giáo viên:
Vẽ trên giấy khổ lớn các Hình 59.2 và 59.3 SGK.
2. Học sinh:
Ôn lại các kiến thức về công của lực điện trường, định lí động năng, khái niệm
cường độ dòng điện bão hòa (SGK Vật lí 11).
III. GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC:

Hoạt động của học sinh
Hoạt động 1:
HS: Học sinh quan sát thí nghiệm.
HS: Hồ quang điện.

Hoạt động của giáo viên
GV: Giáo viên hướng dẫn học sinh làm
thí nghiệm 59.1
GV: Hãy kể tên mot số nguồn phát ra tia
tử ngoại?

GV: Hai lá của điện nghiệm khép lại
chứng tỏ điều gì?

HS: Tấm kẽm mất điện tích âm.

GV: Nếu tấm kẽm mang điện dương thì
hiện tượng trên có xảy ra không?

HS: Không xảy ra.

GV: Nếu chắn chùm tia hồ quang bằng
tấm thủy tinh không màuthì hai lá của


VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí

điện nghiệm như thế nào?
HS: Không bị cụp lại: tấm kẽm không
mất điện tích âm.

GV: Hiện tượng quang điện là gì?
GV: Electron quang điện là gì?

HS: Nêu định nghĩa.

GV: Tại sao dòng điện xuất hiện trong
mạch là dòng quang điện?

HS: Nêu định nghĩa.

GV: 0 có tên gọi là gì?

Hoạt động 2:

GV: Khi UAK = 0 thì dòng quang điện
có xuất hiện trong mạch không?

HS: Xuất hiện do hiện tượng quang
điện.

GV: Khi UAK =  Uh thì dòng quang
điện có xuất hiện trong mạch không?

HS: Giới hạn quang điện.

GV: Uh có tên gọi là gì?

HS: Có nhưng nhỏ.

GV: Giữ nguyên bước sóng , nhưng
tăng cường độ sáng chiếu vào catốt thì
dòng quang điện sẽ như thế nào?

HS: Không

GV: Khi nào có dòng quang điện?

HS: Hiệu điện thế hãm.

GV: Dòng quang điện là dòng chuyển

dời có hướng của các hạt nào?

HS: Cường độ dòng quang điện bão hòa
tăng.

GV: Động năng của các electron quang
điện có đặc điểm gì?

Hoạt động 3:
HS:  < 0

GV: Viết công thức động năng ban đầu
cực đại của các electron quang điện?

HS: Electron quang điện

GV: Giới thiệu định luật thứ nhất?

HS: Khác nhau

Hoạt động 4:
HS: Học sinh xem SGK trang 253
HS: Thí nghiệm Hertz
HS: Học sinh xem SGK trang 353

GV: Định luật này được rút ra từ kết
quả TN nào?
GV: Yêu cầu HS xem bảng giới hạn
quang điện của một số kim loại?
GV: Nêu nhận xét về trị số của o đối

với các kim loại khác nhau?
GV: Nếu trong TN Héc không dùng tấm
kẽm mà dùng tấm kali hoặc xesi thì các
kết quả thu được có điều gì khác?
GV: Giới thiệu định luật thứ hai?
GV: Định luật này được rút ra từ kết


VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí

quả TN nào?
HS: Khác nhau

GV: Cường độ của chùm sáng là gì?

HS: Không xảy ra hiện tượng quang
điện.

GV: Giới thiệu định luật thứ ba?
GV: Thuyết điện từ về ánh sáng không
giải thích được gì?

Hoạt động 5:
HS: Học sinh xem SGK trang 254
HS: Thí nghiệm tế bào quang điện.
HS: Học sinh trả lời
HS: Học sinh xem SGK trang 254
HS: Thí nghiệm tế bào quang điện.
HS: Hiện tượng quang điện.

HS : Học sinh xem SGK trang 254
HS: Học sinh xem SGK trang 255
HS: Rất nhỏ
2
mv0max
2

Hoạt động 8:
c



GV: Trình bày thuyết lượng tử ánh sáng
của Einstein?
GV: Hãy tính năng lượng của phôtôn
ứng với ánh sáng đỏ? Nêu nhận xét?
GV: Hướng dẫn học sinh thiết lập
phương trình Einstein?

Hoạt động 7:

HS : Ta có : hf ≥ A hay h

(GV gợi ý HS chú ý đến đặc tuyến
vôn – ampe đường cong 1 và 2) của tế
bào quang điện và lưu ý đến công thức
(59.1) SGK.
GV: Trình bày giả thuyết lượng tử năng
lượng của Plăng?

Hoạt động 6:

HS: hf  A 

GV: ĐL này rút ra từ kết quả TN nào?

≥ A. Từ đó

GV: Hướng dẫn học sinh dựa vào
phương trình Einstein để chứng định
luật 1?

GV: Hướng dẫn học sinh dựa vào
phương trình Einstein để chứng định
luật 2?


VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí

suy ra :  ≤ o, với o = h

c
A

HS: Với các chùm sáng có khả năng gây
ra hiện tượng quang điện, thì số êlectron
quang điện bị bật ra khỏi mặt catôt trong
một đơn vị thời gian tỉ lệ thuận với số
phôtôn đến đập vào mặt catôt trong thời
gian đó. Số phôtôn này tỉ lệ với cường

độ của chùm sáng tới. Mặt khác cường
độ của dòng quang điện bão hòa lại tỉ lệ
thuận với số êlectron quang điện bật ra
khỏi catôt trong một đơn vị thời gian.
Từ đó suy ra, cường độ của dòng quang
điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ
của chùm sáng chiếu vào catôt.

IV. NỘI DUNG:
1. Hiện tượng quang điện
a) Chiếu tia tử ngoại vào một tấm kẽm ban đầu tích điện âm tấm kẽm bị mất điện
tích âm. Tia tử ngoại đã làm bứt các êlectron ra khỏi tấm đó.
b) Các thí nghiệm với các tấm kim loại khác đã dẫn đến kết luận sau. Hiện tượng
này được gọi là hiện tượng quang điện. Các êlectron bị bật ra được gọi là êlectron
quang điện.
2. Thí nghiệm khảo sát định lượng hiện tượng quang điện
a) Thí nghiệm
b) Kết quả thí nghiệm
+ Khi UAK > 0, chiếu chùm ánh sáng có bước sóng, trong mạch xuất hiện dòng
điện gọi là dòng quang điện.
Nhỏ hơn hoặc bằng trị số o; o : giới hạn quang điện.
3. Các định luật quang điện
a) Định luật quang điện thứ nhất
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  o.  o được gọi là giới hạn quang điện
của kim loại:


VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí

 ≤ o
b) Định luật quang điện thứ hai
Đối với mỗi ánh sáng thích hợp (có  ≤ o) cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ
thuận với cường độ của chùm sáng kích thích
c) Định luật quang điện thứ ba
Động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện không phụ thuộc cường độ của
chùm sáng kích thích, mà chỉ phụ thuộc bước sóng ánh sáng kích thích và bản chất
của kim loại.
4. Thuyết lượng tử ánh sáng
- Chùm ánh sáng là một chùm hạt, mỗi hạt gọi là một phôtôn (hay lượng tử ánh
sáng). Phôtôn có vận tốc của ánh sáng, có một động lượng xác định và mang một
c

năng lượng xác định  = hf  h .  chỉ phụ thuộc tần số f của ánh sáng, mà không


phụ thuộc khoảng cách từ nó đến nguồn sáng.
- ường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong một đơn vị thời gian.
5. Giải thích các định luật quang điện
a) Hiện tượng quang điện là sự va chạm giữa phôtôn với êlectron trong kim loại.
Trong va chạm đó, phôtôn bị êlectron quang điện hấp thụ hoàn toàn, và nhường
toàn bộ năng lượng  = h f của nó cho êlectron. Đối với các êlectron nằm ngay
trên bề mặt kim loại, thì năng lượng  này được dùng vào hai việc :
- Cung cấp cho êlectron một công A, gọi là công thoát, để nó thắng được lực liên
kết với mạng tinh thể và thoát ra ngoài mặt kim loại;
- Truyền cho êlectron đó một động năng ban đầu cực đại

2
mv0max
, ngay sau khi nó

2

bứt ra khỏi bề mặt kim loại.
Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có
2
mv0max
hf  A 
2

Là công thức Anh-xtanh về hiện tượng quang điện.
b) Giải thích các định luật quang điện
- Định luật thứ nhất. Muốn cho hiện tượng quang điện xảy ra thì phôtôn của chùm
sáng chiếu vào catôt phải có năng lượng lớn hơn, hoặc ít nhất phải bằng công thoát


VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí

A, nghĩa là phải có hf ≥ A hay h

c



≥ A. Từ đó suy ra  ≤ o, với o = h

c
. o chính
A

là giới hạn quang điện của kim loại làm catôt.

- Định luật thứ hai. Với các chùm sáng có khả năng gây ra hiện tượng quang điện,
thì số êlectron quang điện bị bật ra khỏi mặt catôt trong một đơn vị thời gian tỉ lệ
thuận với số phôtôn đến đập vào mặt catôt trong thời gian đó. Số phôtôn này tỉ lệ
với cường độ của chùm sáng tới. Mặt khác cường độ của dòng quang điện bão hòa
lại tỉ lệ thuận với số êlectron quang điện bật ra khỏi catôt trong một đơn vị thời
gian. Từ đó suy ra, cường độ của dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ
của chùm sáng chiếu vào catôt
V. CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ:
- Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 và làm bài tập 1, 2, 3.