Một số giải pháp hướng dẫn học sinh phát triễn năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LÊ HOÀN

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIÚP HỌC SINH PHÁT TRIỂN NĂNG
LỰC TƯ DUY VÀ HOÀN THIỆN KĨ NĂNG
GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN VỀ HIỆN
TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI

Người thực hiện: Nguyễn Văn Quyền
Chức vụ: Tổ phó
SKKN thuộc lĩnh vực: Vật lí

THANH HOÁ NĂM 2016


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

Mục lục
Trang
Phần I. ĐẶT VẤN ĐỀ
I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

3

II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

4

III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

4

IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

4

Phần II. NỘI DUNG
I. CƠ SỞ LÍ LUẬN

5

1. Lí luận dạy học vật lí

5

2. Cơ sở lí thuyết

5

II. THỰC TRẠNG
III. GIẢI PHÁP
1. Dạng toán áp dụng các công thức cơ bản về hiện tượng quang điện ngoài
2. Bài toán về cường độ dòng quang điện, công suất chùm sáng và hiệu

6
6
6
8

suất lượng tử
3. Bài toán chuyển động của electron quang điện trong điện trường và từ

10

trường
4. Bài toán về tia X

15

IV. HIỆU QUẢ

17
Phần III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I. KẾT LUẬN

19

II. KIẾN NGHỊ

19

Tài liệu tham khảo

20

Phần II. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lí do chọn đề tài

Vật lí là một môn học tự nhiên gắn liền với các hiện tượng thực tế xảy ra
trong cuộc sống hằng ngày, vì vậy kiến thức về Vật lí với học sinh khá trừu
tượng và khó. Phần khó nhất là bài tập bởi vì bài tập Vật lí rất đa dạng và phong
phú. Lượng bài tập trong sách giáo khoa và sách bài tập Vật lí chưa đủ đáp ứng
được với nhu cầu tuyển sinh đại học và thi học sinh giỏi của học sinh. Để đáp
ứng với nhu cầu thực tế trên, mỗi giáo viên dạy môn Vật lí cần tìm ra phương
pháp tốt nhất, cung cấp những kiến thức cần thiết nhằm tạo cho học sinh niềm
say mê, yêu thích môn học này, khắc phục những hạn chế cho học sinh giúp học
2
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

sinh hiểu rõ hơn về các hiện tượng Vật lí và thu được kết quả cao hơn trong các
kì thi hiện nay. Cụ thể là giúp học sinh nắm chắc lí thuyết, hiểu sâu nội dung các
định luật Vật lí, từ đó phân loại được các dạng bài tập và hướng dẫn giải chi tiết
từng dạng một là điều rất cần thiết.
Trong những năm gần đây, bộ môn Vật lí là một trong số các môn học được Bộ
Giáo dục và Đào tạo chọn hình thức thi theo phương pháp trắc nghiệm khách
quan. Với hình thức thi này, thời gian dành cho mỗi câu hỏi và bài tập là rất
ngắn, trung bình khoảng 1,7 phút. Nếu học sinh không được cung cấp các công
thức tổng quát và các công thức hệ quả ở mỗi dạng bài tập để tìm ra kết quả
nhanh nhất thì không thể đủ thời gian để hoàn thành tốt bài thi.
Các câu bài tập trong đề thi môn Vật lí những năm gần đây ngày một dài
và khó hơn, cứ năm sau khó hơn năm trước kể từ khi thay sách giáo khoa lớp 12
năm học 2008-2009 đến năm học này 2015-2016 là 8 năm nhưng cả thầy và trò
hình như vẫn bị choáng ngợp với sự đa dạng và phong phú của hình thức trắc
nghiệm. Hơn thế nữa, yêu cầu của xã hội ngày càng cao nên nội dung đề thi luôn

phải đáp ứng được sự sàng lọc và phân hóa rõ nét, chính vì vậy yêu cầu kiến
thức ngày một cao là tất yếu.
Hiện tượng quang điện ngoài là bài toán thường gặp trong các đề kiểm tra
định kì và các đề thi quốc gia. Chương trình sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao
chỉ đề cập đến các vấn đề cơ bản như: Năng lượng của phôtôn ánh sáng; công
thức Anhxtanh về quang điện ngoài; hiệu điện thế hãm để triệt tiêu dòng quang
điện. Trong khi các bài toán trong đề thi về quang điện ngoài đã phát triển đa
dạng hơn nhiều, để làm tốt được yêu cầu học sinh phải vận dụng tốt các kiến
thức đã học ở lớp10 và lớp 11.
Trong thực tế giảng dạy và tìm hiểu quá trình học tập của học sinh tôi nhận
thấy đa số học sinh gặp rất nhiều khó khăn khi giải các bài toán mở rộng về hiện
tượng quang điện ngoài.
Vì những lý do trên, để giúp các em học sinh có đựơc nhận thức đầy đủ về
hiện tượng và giúp các em giải được các bài toán khó về quang điện ngoài một
cách nhanh nhất, tôi đã nghiên cứu các tài liệu và tham khảo các sách bài tập để
đưa ra một số phương pháp giải nhanh một số dạng bài tập phần này, đặc biệt là
các bài toán nâng cao hơn như chuyển động của electron quang điện trong điện
trường và từ trường; bài toán về tia X... Phương pháp này cũng giúp các em rèn
luyện kĩ năng giải nhanh một số bài tập trắc nghiệm, tự luận trong các bài kiểm
tra định kỳ và làm hành trang cho các em bước vào các kỳ thi THPT quốc gia
sắp tới.
2. Mục đích nghiên cứu.
SKKN tập trung phân loại các dạng bài tập một cách có hệ thống, đề xuất
phương pháp giải nhanh từng dạng toán nhằm giúp học sinh tiếp cận dễ dàng,
logic và khắc sâu chuyên đề về Hiện tượng quang điện ngoài, đáp ứng tốt nhất
yêu cầu thi trắc nghiệm THPT Quốc gia và luyện thi học sinh giỏi.
3
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn

Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

Trong đề tài này tôi đưa ra một số dạng toán thường gặp sau đây:
Dạng 1. Bài toán áp dụng các công thức cơ bản về hiện tượng quang điện ngoài.
Dạng 2. Bài toán về cường độ dòng quang điện, công suất chùm sáng và hiệu
suất lượng tử.
Dạng 3. Bài toán chuyển động của electron quang điện trong điện trường và từ
trường.
Dạng 4. Bài toán về tia X (tia Rơnghen).
3. Đối tượng nghiên cứu
Thông qua SKKN này, tác giả tập trung xây dựng, phân loại, hệ thống kiến
thức các dạng toán về hiện tượng quang điện ngoài, đặc biệt là các dạng toán
nâng cao hay và khó.
4. Phương pháp nghiên cứu
Khi tiến hành nghiên cức đề tài tôi sử dụng các phương pháp:
- Phương pháp điều tra khảo sát học sinh khối 12 khi học và vận dụng kiến thức
về hiện tượng quang điện ngoài trong các kì thi.
- Trên có sở đó thông kê và sử lý số liệu kết quả của học sinh.
- Xây dựng cơ sở lý thuyết về hiện tượng, xây dựng các dạng toán và phương
pháp giải.
- Áp dụng cho học sinh khối 12 học theo phương pháp của đề tài và đánh giá kết
quả.

Phần II. NỘI DUNG
I. Cơ sở lí luận
1. Lý luận dạy học Vật lí
Bộ môn Vật lí được đưa vào giảng dạy trong nhà trường phổ thông nhằm
cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, có hệ thống toàn diện
về Vật lí. Hệ thống kiến thức này phải thiết thực gắn liền với các ứng dụng của

Vật lí trong đời sống và kỹ thuật, có tính tổng hợp và đặc biệt phải phù hợp với
quan điểm và sự phát triển của Vật lí hiện đại. Để học sinh có thể hiểu được một
4
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

cách sâu sắc những kiến thức và áp dụng các kiến thức đó vào thực tiễn cuộc
sống thì cần phải rèn luyện cho các học sinh những kỹ năng, kỹ xảo thực hành
như: Kỹ năng kỹ xảo giải bài tập, kỹ năng đo lường, quan sát...
Bài tập Vật lí với tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết sức
quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học Vật lí ở nhà trường phổ thông.
Thông qua việc giải tốt các bài tập Vật lí các học sinh sẽ có được những kỹ năng
so sánh, phân tích, tổng hợp … do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tư
duy của học sinh. Đặc biệt bài tập Vật lí giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ
thống cũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết những tình
huống cụ thể, làm cho bộ môn trở nên hấp dẫn, lôi cuốn các em hơn.
2. Cơ sở lí thuyết
* Quang điện ngoài là hiện tượng ánh sáng làm giải phóng electron ra khỏi bề
mặt kim loại.
* Các công thức cơ bản về hiện tượng quang điện ngoài.
+ Công thức về năng lượng của phôtôn ánh sáng.
ε = h. f (1)
Chú ý: Khi xét trong môi trường chân không và không khí thì: ε = h. f = h.

c
λ

Khi xét trong môi trường trong suốt khác như nước, thủy tinh.. có chiết
v

suất n > 1 thì: ε = h. f = h. λ
n
+ Công thức của Anhxtanh về hiện tượng quang điện ngoài.
ε = A + Wđ (2)
+ Công thức về công thoát A và giới hạn quang điện λ0 .
0 Maxx

A=

h.c
(3)
λ0

+Công thức về hiệu điện thế hãm (hiệu điện thế để triệt tiêu dòng quang
điện).

e.U h = Wđ 0 Maxx (4)

II. THỰC TRẠNG
Quang điện ngoài là kiến thức trọng tâm trong chương lượng tử. Qua khảo sát
tác giả nhận thấy khi sử dụng kiến thức cơ bản đã học, đa số học sinh (theo kết
5
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

quả điều tra tại trường là 80% giải sai) và một bộ phận giáo viên lúng túng trước
những câu hỏi theo hướng "đánh giá năng lực” hay mức độ vận dụng cao.
III. GIẢI PHÁP
Để khắc phục thực trạng trên, Tác giả đã phân loại các dạng bài tập và đề xuất
phương pháp giải nhanh:
1.Dạng I. Bài toán áp dụng các công thức cơ bản về hiện tượng quang điện

ngoài
A. Các công thức
1.1> Công thức về năng lượng của phôtôn ánh sáng.
ε = h. f (1)
Chú ý: Khi xét trong môi trường chân không và không khí thì: ε = h. f = h.

c
λ

Khi xét trong môi trường trong suốt khác như nước, thủy tinh.. có chiết
v

suất n > 1 thì: ε = h. f = h. λ
n
1.2> Công thức của Anhxtanh về hiện tượng quang điện ngoài.
ε = A + Wđ (2)
1.3> Công thức về công thoát A và giới hạn quang điện λ0 .
0 Maxx

A=

h.c

(3)
λ0

1.4> Công thức về hiệu điện thế hãm (hiệu điện thế để triệt tiêu dòng quang
điện)
e.U h = Wđ
(4)
Chú ý: Giá trị của các hằng số và đơn vị của các đại lượng thường dùng:
+ h = 6,625 Js
+ c = 3.108m/s
+ µ (m) với 1µm = 10 −6 m ; 1nm = 10 −9 m
+ A (J) với 1eV = 1,6.10-19J
B. Bài tập áp dụng
Bài 1. Trong chân không, bức xạ đơn sắc vàng có bước sóng là 0,589 µm. Lấy h
= 6,625.10-34J.s; c=3.108 m/s và e = 1,6.10 -19 C. Năng lượng của phôtôn ứng với
bức xạ này có giá trị là
A. 2,11 eV.
C. 4,22 eV.
C. 0,42 eV.
D. 0,21 eV.
Hướng dẫn:
0 Maxx

Ta có: ε = h. f = h.

c 6,625.10 −34.3.10 8
=
≈ 3,37.10 −19 J ≈ 2,11eV
−6
λ

0,589.10

Chọn đáp án: A
6
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

Bài 2. Chiếu lên bề mặt catôt của một tế bào quang điện chùm sáng đơn sắc có
bước sóng 0,485 μm thì thấy có hiện tượng quang điện xảy ra. Biết hằng số
Plăng h = 6,625.10-34 J.s, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.10 8 m/s, khối
lượng nghỉ của êlectrôn (êlectron) là 9,1.10 -31 kg và vận tốc ban đầu cực đại của
êlectrôn quang điện là 4.105 m/s. Công thoát êlectrôn của kim loại làm catôt
bằng
A. 6,4.10-20 J.
B. 6,4.10-21 J.
C. 3,37.10-18 J.
D. 3,37.10-19 J.
Hướng dẫn:
ε = A + Wđ 0 Maxx

hc
1
= A + m.v02Max
Ta có:
λ
2
hc 1

⇒ A=
− m.v 02Max ≈ 3,37.10 − 19 J
λ 2
⇒

Chọn đáp án: D
Bài 3. Lần lượt chiếu vào catôt của một tế bào quang điện các bức xạ điện từ
gồm bức xạ có bước sóng λ1 = 0,26 μm và bức xạ có bước sóng λ2 = 1,2λ1 thì
vận tốc ban đầu cực đại của các êlectrôn quang điện bứt ra từ catôt lần lượt là v 1
và v2 với v2 = 3v1/4. Giới hạn quang điện λ0 của kim loại làm catôt này là:
A. 1,45 μm.
B. 0,90 μm.
C. 0,42 μm.
D. 1,00 μm.
Hướng dẫn:
Áp dụng công thức: ε = A + Wđ cho hai bức xạ:
0 Maxx

1 2
9
9 1 2
 hc
 9hc
 λ = A + 2 mv1
16λ = 16 A + 16 ⋅ 2 mv1
 1

⇒ 1

 hc = A + 1 mv 2 = A + 9 ⋅ 1 mv 2

 hc = A + 9 ⋅ 1 mv 2
2
1
1
 λ 2
 λ2
2
16 2
16 2
hc 9.hc
7
7 hc
⇒
−
=
A=
λ 2 16λ1 16
16λ0
⇒

7
1
9
=
−
16λ0 λ 2 16λ1

⇒ λ0

7λ1λ2

= 0,42 µm
16λ1 − 9λ 2

Chọn đáp án: C
Bài 4. Chiếu đồng thời hai bức xạ có bước sóng 0,452 µm và 0,243 µm vào
catôt của một tế bào quang điện. Kim loại làm catôt có giới hạn quang điện là
0,5 µm. Lấy h = 6,625. 10 -34 J.s, c = 3.108 m/s và me = 9,1.10-31 kg. Vận tốc ban
đầu cực đại của các êlectron quang điện bằng
A. 2,29.104 m/s.
B. 9,24.103 m/s
C. 9,61.105 m/s
D.1,34.106 m/s
Hướng dẫn:
Vì λ1 = 0,542µm > λ2 = 0,243µm nên vận tốc cực đại e đạt được ứng với bức xạ λ2
7
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

Ta có: hc
λ2

=

hc 1 2
+ mv 0 max ⇒ v 0 max =
λ0 2

 1
1
2hc −
 λ 2 λ0
m



 ≈ 9,61.10 5 m / s

Chọn đáp án: C
Bài 5. Catôt của một tế bào quang điện làm bằng kim loại có công thoát 2eV,
chiếu vào catôt bức xạ có bước sóng λ = 0,3975µm . Cho hằng số Plăng
h=6,625.10-34Js, tốc độ ánh sáng trong chân không c=3.10 8m/s và điện tích của
electron e=-1,6.10-19C. Hiệu điện thế UAK đủ để triệt tiêu dòng quang điện là:
A. -1,125V
B. -1,25V
C. -2,125V
D. -2,25V
Hướng dẫn:
Ta có:
⇒ U AK

hc
= A + Wđ 0 Maxx = A + e.U AK
λ
1  hc

=  − A  ≈ 1,125V
eλ



Vậy UAK = -1,125V.
Chọn đáp án: A
Bài 6. Công thoát êlectron của một kim loại là 7,64.10 J. Chiếu lần lượt vào bề
mặt tấm kim loại này các bức xạ có bước sóng là λ1 = 0,18 µm, λ2 = 0,21 µm và
λ3 = 0,35 µm. Lấy h=6,625.10-34 J.s, c = 3.108 m/s. Bức xạ nào gây được hiện
tượng quang điện đối với kim loại đó?
A. Hai bức xạ (λ1 và λ2).
B. Không có bức xạ nào trong ba bức xạ trên.
C. Cả ba bức xạ (λ1, λ2 và λ3).
D. Chỉ có bức xạ λ1.
Hướng dẫn:
-19

Ta có: λ0 =

hc
≈ 0,26.10 −6 m = 0,26 µm
A

Vậy λ1 ; λ2 < λ0 nên bức xạ gây ra hiện tượng quang điện với kim lại là λ1 ; λ2
Chọn đáp án: A
2. Dạng II. Bài toán về cường độ dòng quang điện, công suất chùm sáng và
hiệu suất lượng tử
A. Các công thức
2.1> Công thức về cường độ dòng quang điện
I = n e (5)
(Trong đó n là số electron quang điện về đến anôt trong 1s)
Chú ý: Khi dòng quang điện đạt giá trị bão hòa thì:

I 0 = n0 e (5/)
(Trong đó n0 là số electron quang điện về đến anôt trong 1s và bằng số electron
bật ra khỏi catôt trong 1s)
2.2> Công suất của chùm sáng.( Năng lượng chùm sáng đến catôt trong 1s)
8
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài
P = N .ε (6)

(Trong đó N là số phôtôn chiếu đến catôt trong 1s)
2.3> Hiệu suất lượng tử ( Hiệu suất giải phóng electron khỏi catôt)
Là tỉ số giữa số electron bật ra khỏi catôt và số phôtôn chiếu đến catôt trong 1s.
H=

n0
(7)
N

B. Bài tập áp dụng
Bài 1. Một nguồn sáng chỉ phát ra ánh sáng đơn sắc có tần số bước sóng
λ = 0,3µm . Công suất bức xạ điện từ của nguồn là 2,5 W. Cho hằng số Plăng
h=6,625.10-34Js, tốc độ ánh sáng trong chân không c=3.10 8m/s. Số phôtôn mà
nguồn phát ra trong một phút xấp xỉ bằng
A. 2,26.1020.
B. 5,8.1018.
C. 3,8.1020.
D. 3,24.1019.

Hướng dẫn:
Ta có: N =

p P.λ
=
≈ 3,77.1018
ε
hc

Số phô tôn phát ra trong 1 phút là: 60 N ≈ 2,26.10 20
Chọn đáp án: A

Bài 2. Khi chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0,41µm vào một tế bào quang điện thì
dòng quang điện bão hòa đạt được là 2mA. Biết công suất của chùm sáng là
3,03W. Cho hằng số Plăng h=6,625.10-34Js, tốc độ ánh sáng trong chân không
c=3.108m/s. Hiệu suất lượng tử của tế bào quang điện có giá trị:
A. 0,2%
B. 0,4%
C. 0,02%
D. 0,04%
Hướng dẫn:
I0
e
n
I .h.c
Ta có: H = 0 =
= 0
≈ 0,002 = 0,2%
Pλ Pλ . e
N

hc

Chọn đáp án: A
Bài 3. Chiếu chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,2 µm thích hợp vào tế bào
quang điện với công suất 3mW. Cứ 10000 phôtôn đến catôt thì có 94 electron
bật ra. Cho hằng số Plăng h=6,625.10-34Js, tốc độ ánh sáng trong chân không
c=3.108m/s, điện tích của electron là -1,6.10 -19C. nếu cường độ dòng quang điện
là 2,25 µA thì có bao nhiêu phần trăm electron đến được anôt?
A. 0,9%
B. 30%
C. 50%
D. 19%
Hướng dẫn
I

Ta có: I = n. e ⇒ n = e ( n là số e đến anôt)
Mà P = Nε ⇒ N =

P Pλ
=
ε
hc

9
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài
n0

Pλ
⇒ n0 = N .H =
H ( số e bật ra khỏi catôt)
N
hc
n
Ihc
Vậy: h = n = e PλH ≈ 0,5 = 50%
0

Lại có H =

Chọn đáp án: C
Bài 4. Một tế bào quang điện khi chiếu bức xạ thích hợp và điện áp U AK có giá
trị nhất định thì chỉ có 30% electron bứt ra về đến anôt. Khi đó cường độ dòng
điện là 3mA. Khi tăng hiệu điện thế UAK lên thì cường độ dòng quang điện bão
hòa là:
A. 6mA
B. 1mA
C. 9mA
D. 10mA
Hướng dẫn
 I = n e
I
n
⇒ 0 = 0
I
n
 I 0 = n0 e

Ta có 

Vậy: I 0 =

n0
.I = 10mA
n

Chọn đáp án: C
Bài 5. Cho h=6,625.10 Js, c=3.10 m/s, e=-1,6.10 C . Chiếu bức xạ đơn sắc
vào catôt thì cường độ dòng quang điện bão hòa là 0,3 µA . Biết rằng cứ 200
phôtôn đập vào catôt thì có một electron bật ra. Công suất của chùm sáng là 207
µm . Bước sóng của ánh sáng sử dụng là:
A. 0,3 µm
B. 0,46 µm
C. 0,36 µm
D. 0,4 µm
Hướng dẫn
-34

8

-19

I0
e
n
I hc
I hc
= 0 ⇒λ = 0

= 0,36.10 6 m = 0,36 µm
Ta có: H = 0 =
Pλ Pλ e
N
PH e
hc

Chọn đáp án: C
3.Dạng III. Bài toán chuyển động của electron quang điện trong điện
trường và từ trường
A. Các công thức
3.1. Chuyển động của electron quang điện trong điện trường.
3.1.1> Chuyển động trong điện trường dọc theo đường sức.
* Theo định lý động năng khi electron quang điện chuyển động từ catôt đến
Wđ ( A) − Wđ ( K ) = e U AK (8)
anôt:
* UAK > 0 electron chuyển động nhanh dần đều
trong từ trường
UAK < 0 electron chuyển động chậm dần đều
trong từ trường
UAK = Uh thì vA=0
10
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

3.1.2> Chuyển động trong điện trường theo phương vuông góc với đường sức.
Chon hệ trục x0y như hình vẽ. 0 là vị trí electron đi vào điện trường.

Phân tích chuyển động làm hai thành phần
+ Theo 0x. chuyển động thẳng đều với vx=v0
+ Theo 0y. Chuyển động biến đổi đều với gia tốc: a =

e E eU
Fđ
=
=
m
m
md

Phương trình chuyển động trong điện trường:
 x = v0 .t
a 2


a.t 2 ⇒ y = 2 .x ( Parabol )
2v 0
y =

2

Vận tốc tại thời điểm t: v = v x2 + v 2y = v02 + (a.t ) 2
3.1.3> Chuyển động trong điện trường
theo phương bất kì.
→
* Trường hợp v 0 max hợp với trục 0y góc
0 < α < 90 0

Phân tích chuyển động làm hai thành
phần:
Theo 0x: Chuyển động thẳng đều
với vận tốc v0 max . sin α
Theo 0y: Chuyển động biến đổi
đều với vận tốc bao đầu v0 max . cos α và gia
tốc a =

F eU
=
m md

+ Phương trình chuyển động:

v = (v 0 max . sin α ).t
a

x 2 + (cot anα ).x

at 2 ⇒ y = 2
2
2
v
.
sin
α
0 max
 y = (v 0 max . cos α ).t +

2

+ Thời gian chuyển động y = h ⇒ τ

+ electron đập vào bản dương tại C có tọa
độ:

v = (v 0 max . sin α ).τ


aτ 2
 y = (v 0 max . cos α ).τ +

2
→

* Trường hợp v 0 max hợp với trục 0y góc
90 < α < 180 0

Phân tích chuyển động làm hai thành phần:

11
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

Theo 0x: Chuyển động thẳng đều với vận tốc v0 max . sin α
Theo 0y: Chuyển động biến đổi đều với vận tốc bao đầu v0 max . cos α và gia
tốc a =

F eU
=
m md

+ Phương trình chuyển động:

v = (v 0 max . sin α ).t
a

x 2 − (cot anα ).x

at 2 ⇒ y = 2
2
2v0 max . sin α
 y = −(v0 max . cos α ).t +

2
+ Thời gian chuyển động y = h ⇒ τ
v = (v 0 max . sin α ).τ

+ electron đập vào bản dương tại C có tọa độ: 
aτ 2
y
=
−
(
v
.
cos
α

).
τ
+

0 max

2
→

3.2> Chuyển động của electron trong từ trường đều với cảm ứng từ B
→
→
3.2.1> Nếu hướng electron vào từ trường theo hướng v 0 max ⊥ B
Khi đó electron chuyển động tròn đều trong từ trường với lực lorenxơ đóng vai
trò là lực hướng tâm.
Bán kính quỹ đạo: R =

m.v0 max
(9)
eB

3.2.2> Nếu hướng electron vào từ trường theo
→
→
hướng v 0 max hợp với B góc α .
* Ta phân tích chuyển động của electron làm hai
→
→
→
thành phần: v = v // + v ⊥

→

* Theo v ⊥ electron chuyển động tròn với bán
kính quỹ đạo: R =

m.v0 max . sin α
(10)
eB

* Theo v // electron chuyển động thẳng đều với vận tốc: v// = v0max.cos α
Do đó quỹ đạo chuyển động của electron là đường xoắn ốc.
→

B. Bài tập áp dụng
Bài 1. (Đề thi HSG Thanh hóa 2015). Hai bản kim loại phẳng M, N đặt đối diện,
song song cách nhau 4cm trong chân không. Công thoát của kim loại M là
A=2,5eV. Chiếu đến điểm 0 trên bản kim loại M một bức xạ có bước sóng
λ = 0,3µm . Cho h=6,625.10-34Js, c=3.108m/s, e=-1,6.10-19C, m=9,1.10-31kg.
a. Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron bật ra từ M
b. Đặt giữa M và N một hiệu điện thế không đổi U MN=4,55V. Hỏi electron có
thể cách N một khoảng gần nhất là bao nhiêu?
Hướng dẫn:
12
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

a. Từ công thức:

ε = A + Wđ 0 Maxx ⇒ v 0 max =

 hc

2 − A 
λ
 = 7,6.10 5 m / s
m

b. Chỉ xét các electron bay theo phương vuông góc của bản với vận tốc ban
đầu cực đại.
Gọi S là quãng đường đi được xa bản M nhất. Áp dụng định lý động năng:
S=

d .m.v 02max
= 0,0144m = 1,44cm
2 e U MN

Vậy các electron cách N gần nhất là dmin =4-1,44 = 2,56cm
Bài 2. (Đề thi HSG Thanh hóa 2016) Khi chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0,25
µm vào bề mặt catốt của một tế bào quang điện có giới hạn quang điện là λ0 =
0,4 µm tạo ra dòng quang điện trong mạch.
a. Tìm hiệu điện thế hãm để dòng quang điện triệt tiêu.
b. Cho một chùm hẹp các quang electron có vận tốc ban đầu cực đại bay vào
một từ trường đều theo hướng hợp với hướng của đường cảm ứng từ một góc α
= 300. Biết độ lớn cảm ứng từ của từ trường là B = 10 -4 T. Bỏ qua tương tác giữa
các electron. Tìm bán kính cực đại của các electron trong từ trường và thời gian
để electron chuyển động hết 1 vòng.
Hướng dẫn:

a) Hiệu điện thế hãm làm triệt tiêu dòng quang điện
hc hc
−
Ta có: mv = eU = hc − hc ⇒ U = λ λ 0 = 1,86328V
h
h
2
λ λ0
1, 6.10 −19
2
0

b) Tốc độ cực đại của các electron quang điện
v0 =

2eU h
2.1, 6.10−19.1,86328
=
= 809456, 2 m / s
me
9,1.10−31

vt = v0 cos α

Phân tích: v0 = vt + v n ( vt // B, v n ⊥ B) ⇒ 
v n = v0 sin α

Thành phần vn gây ra chuyển động tròn, Lực Lorentz tác dụng lên
electron (có độ lớn f L = e vn B ) đóng vai trò là lực hướng tâm (có độ lớn


Fht =

mvn2
R



 

 



),

me vn2
me vn me v0 sin α
Tức là: e vn B = R ⇒ R = e B = e B ≈ 0, 023m ≈ 2,3cm .

Thời gian cần thiết để electron chuyển động hết 1 vòng tròn là:
T=

2π 2π
2π R
=
=
≈ 3,57.10−7 ( s)
v
ω

v0 sin α
n
R

13
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

Bài 3. Chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0,546µm lên mặt một kim loại dùng làm
catôt của tế bào quang điện. Các electron quang điện bật ra được tách bằng màn
→
chắn để tạo ra một chùm hẹp hướng vào một từ trường đều có cảm ứng từ B
vuông góc với vận tốc ban đầu cực đại của electron. Biết B=10 -4T và quỹ đạo
của electron có bán kính cực đại R=23,32mm.
a. Xác định vận tốc ban đầu cực đại của electon
b. Xác định giới hạn quang điện của kim loại làm catôt
Hướng dẫn:
→
→
a. Vì v 0 max ⊥ B nên electron chuyển động tròn đều với bán kính quỹ đạo.
R=

e BR
m.v 0 max
⇒ v 0 max =
= 4,1.10 5 m / s
eB

m

b. Từ công thức:
ε = A + Wđ 0 mã
⇒ λ0 =

hc hc mv02max
⇔
=
+
λ λ0
2

hc
= 0,692.10 −6 m = 0,692 µm
2
hc mv0 max
−
λ
2

*BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬN DỤNG
Câu 1. Khi chiếu bức xạ có bước sóng 400nm và catôt của tế bào quang điện có
công thoát 1,8eV. Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các electron với vận tốc
cực đại rồi cho bay từ M đến N trong một điện trường mà có U MN=-20V. Cho
h=6,625.10-34Js; c=3.108m/s; m=9,1.10-31kg; e=-1,6.10-19C. Tốc độ của electron
tại N là:
A. 1,245.106m/s
B. 1,236.106m/s C. 2,67.106m/s
D. 2,74.106m/s

Câu 2. Chiếu bức xạ thích hợp vào tâm catôt của tế bào quang điện thì electron
quang điện bật ra với vận tốc ban đầu cực đại là 7.10 5m/s. Biết UAK=1V. Coi
anôt và catôt là các bản kim loại phẳng rất rộng, đặt song song và cách nhau
1cm. Cho m=9,1.10-31kg; e=-1,6.10-19C. Bán kính của vùng trên anôt có electron
quang điện đập vào là:
A. 2,6cm
B. 2,5cm
C. 2,4cm
D. 2,3cm
6
Câu 3. Cho chùm electron quang điện có tốc độ 6.10 m/s hướng vào một điện
trường đều dọc theo đường sức từ M đến N với U MN=10V. Sau khi ra khỏi điện
trường nó tiếp tục bay vào một từ trường đều có B=2.10 -4T theo hướng vuông
góc với các đường cảm ứng từ. Biết m=9,1.10 -31kg; e=-1,6.10-19C. Bán kính cực
đại của electron trong từ trường là:
A. 12cm
B. 5,5cm
C. 16cm
D. 10cm
Câu 4. Hai bản kim loại phẳng có độ dài 30cm nằm ngang, song song và cách
nhau 16cm tạo thành một tụ điện phẳng. Hiệu điện thế giữa hai bản là 4,55V.
14
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

Hướng một chùm hẹp electron quang điện có tốc độ 10 6m/s theo phương ngang
vào giữa hai bản tại 0 cách đều hai bản. Độ lớn của vận tốc electron khi nó vừa

ra khỏi tụ là:
A. 1,34. 106m/s
B. 1,6. 106m/s
C. 1,8106m/s
D. 2,5106m/s
Câu 5. Chiếu bức xạ có bước sóng 533nm lên tấm kim loại có công thoát 3.10 19
J. Dùng màn chắc tách một chùm hẹp electron quang điện và hướng chúng vào
một từ trường đều theo hướng vuông góc với các đường cảm ứng từ. Biết bán
kính cực đại của electron trong từ trường là 22,75mm, m=9,1.10 -31kg; e=-1,6.1019
C. Bỏ qua tương tác giữa các electron. Độ lớn của cảm ứng từ B là:
A. 10-3T
B. 2.10-4T
C. 2.10-3T
D. 10-4T
ĐÁP ÁN
Câu
Câu1
Đáp án D

Câu2
C

Câu3
C

Câu4
A

Câu5
D

4.Dạng IV. Bài toán về tia X (tia Rơnghen)
A. Các công thức
4.1> Động năng của electron ngay trước khi đập vào đối catôt
WđA = Wđ 0 mã + e U AK

4.2> Theo cơ chế tạo tia X, một phần năng lượng chuyển hóa thành nhiệt, một
phần chuyển hóa thành năng lượng tia X
WđA = Q + ε X

4.3> Căn cứ vào % năng lượng chuyển hóa ta có thể tính được năng lượng, tần
số và bước sóng của tia X.
4.4> Đặc biệt, khi bỏ qua động năng ban đầu của electron thì tần số lớn nhất và
bước sóng nhỏ nhất của tia X mà ống phát ra được xác định:
ε Max = h. f Max =

hc
= e U AK
λ min

4.5> Công suất của ống tia X:
P = UAK.I
4.6> Nhiệt lượng mà chất làm mát nhận được:
Q = c.m(t2 - t1) = cm. ∆t
B. Bài tập áp dụng.
Bài 1. Một ống Rơnghen phát ra bức xạ có bước sóng ngắn nhất là 6,21.10 – 11
m. Biết độ lớn điện tích êlectrôn (êlectron), vận tốc ánh sáng trong chân không
và hằng số Plăng lần lượt là 1,6.10 -19C; 3.108m/s; 6,625.10-34 J.s. Bỏ qua động
năng ban đầu của êlectrôn. Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của ống là
A. 2,00 kV.

B. 2,15 kV.
C. 20,00 kV.
D. 21,15 kV.
Hướng dẫn:
Ta có:

hc
hc
= e U AK ⇒ U AK =
≈ 2.10 4 V = 20kV
λ min
e λ min

15
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

Chọn đáp án: C
Bài 2. Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của một ống Rơnghen là 18,75 kV. Biết
độ lớn điện tích êlectrôn (êlectron), vận tốc ánh sáng trong chân không và hằng
số Plăng lần lượt là 1,6.10-19 C, 3.108 m/s và 6,625.10-34 J.s. Bỏ qua động năng
ban đầu của êlectrôn. Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen do ống phát ra là
A. 0,4625.10-9 m
B. 0,6625.10-10 m
C. 0,5625.10-10 m
D. 0,6625.10-9 m
Hướng dẫn:

hc

hc

−10
Ta có: λ = e U AK ⇒ λmin = e U = 0,6625.10 m
min
AK

Chọn đáp án: B
Bài 3. Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của một ống Rơnghen là U = 25 kV. Coi
vận tốc ban đầu của chùm êlectrôn (êlectron) phát ra từ catốt bằng không. Biết
hằng số Plăng h = 6,625.10-34J.s, điện tích nguyên tố bằng 1,6.10 -19C. Tần số lớn
nhất của tia Rơnghen do ống này có thể phát ra là
A. 60,380.1018Hz
B. 6,038.1015Hz
C. 60,380.1015Hz
D. 6,038.1018Hz
Hướng dẫn:
Ta có: ε max = h. f max = e U AK ⇒ f max =

e U AK
h

≈ 6,038.1018 Hz

Chọn đáp án: D
Bài 4. Ống tia Rơnghen đang hoạt động với hiệu điện thế là U phát ra tia X có
bước sóng ngắn nhất là λ . Để tăng "độ cứng" của tia X người ta tăng hiệu điện
thế của ống thêm một lượng nU. Bỏ qua động năng ban đầu của các electron, khi

đó bước sóng ngắn nhất của tia X mà ống phát ra giảm một lượng :
A.

(n − 1)λ
n

B.

λ
n

Hướng dẫn:

C.

λ
n +1

D.

nλ
n +1

hc
= e U (1)
λ
,
hc
hc
Sau khi tăng điện áp: , = e U ⇒ λ − ∆λ = e (U + nU ) (2)

λ
(1)
λ
1
Lấy (2) ⇒ λ − ∆λ = 1 + n
nλ
⇒ ∆λ =
n +1

Ta có: Ban đầu

Chọn đáp án:D
Bài 5. Ống tia X có công suất 360W. Coi rằng cứ 1000 electron tới đập vào đối
catôt thì có một phôtôn bật ra với bước sóng ngắn nhất có thể. Người ta làm
nguội đối catôt bằng một dòng nước có lưu lượng 0,25lít/phút và nước có nhiệt
độ ban đầu là 100C. Biết khối lượng riêng của nước là Dn=1000kg/m3. Nhiệt
dung riêng của nước Cn=4180J/kg.K. Nhiệt độ của nước khi ra khỏi ống khoảng:
16
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

A. 30,650C
B. 20,650C
C. 33,50C
D. 23,50C
Hướng dẫn:
Khối lượng nước làm nguội đối catôt trong một phút: m = D.V = 0,25 kg

Theo bài ra chỉ có

1
= 0,001 = 0,1% năng lượng chuyển thành tia X, nên
1000

có 99,9% năng lượng chuyển hóa thành nhiệt.
Năng lượng của ống trong thời gian t=1 phút = 60s: A = P.t
Nhiệt sinh ra làm nóng nước trong thời gian t = 60s:
Q = Cm(t - t0) = 0,999P.t
⇒ t ≈ 30,65 0 C

Chọn đáp án: A
IV. HIỆU QUẢ ÁP DỤNG
1. Đối với học sinh
Tác giả may mắn được nhà trường, tổ chuyên môn và học sinh tạo điều
kiện để tiến hành thực nghiệm sư phạm ở các lớp 12. Cũng cần nói rõ rằng các
lớp đối chứng là do đồng nghiệp giảng dạy theo cách truyền thống.
Số liệu thống kê qua điều tra thực nghiệm sư phạm:
Bảng số liệu dưới đây thể hiện kết quả điều tra và thống kê số học sinh có kĩ
năng giải toán trắc nghiệm đối với các bài có liên quan đến hiện tượng quang
điện ngoài (Học sịnh giải 20 câu tắc nghiệm trong thời gian 35 phút, số học sinh
đạt kết quả 15/20 câu đúng trở lên)
Lớp
Năm học

2015-2016
Tỉ lệ (%)

Lớp thực nghiệm sư phạm

12 A1
12 A3
35/47
30/48
68,42%

Lớp đối chứng
12 A2
12 A4
21/42
16/45
42,52%

* Ghi chú: x / y là số học sinh có kĩ năng vận dụng (đúng 4/5 câu trở lên) / sĩ số
học sinh của lớp.
Như vậy, kết quả trên cho thấy khi áp dụng phương pháp giải nhanh các
bài toán về hiện tượng quang điện ngoài sẽ giúp các em nắm vững bản chất của
từng dạng toán về quang điện ngoài, từ các bài toán cơ bản cho tới các bài toán
phát triển mở rộng và nâng cao kiến thức. Do đó khi gặp các bài toán này trong
các đề thi học sinh có thể áp dụng giải quyết bài toán với kết quả cao nhất.
2. Đối với bản thân và tổ chuyên môn
- Qua SKKN, bản thân tôi thu về những kiến thức bổ ích, thấy được vai trò tự
học, tự bồi dưỡng thường xuyên nhằm nâng cao chuyên môn, nghiệp vụ là yêu
17
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

cầu, trách nhiệm của người thầy. Đặc biệt là hiểu sâu hơn về hiện tượng quang
điện ngoài, qua đó có cái nhìn tổng thể, lựa chọn hướng tiếp cận để truyền đạt
tốt nhất đến HS…
- Đồng nghiệp trong tổ chuyên môn cũng góp ý xây dựng, chia sẻ tài liệu góp
phần nâng cao chất lượng dạy học trong nhà trường.
3. Đối với phong trào học tập của HS
Các em HS thấy dễ tiếp thu, dễ học và hào hứng trước những câu hỏi
trong các đề thi thuộc chuyên đề hiện tượng quang điện ngoài.

Phần III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. Kết luận
Thông qua việc nghiên cứu tài liệu tham khảo, vận dụng vào quá trình
giảng dạy thực tế tác giả nhận thấy khi nghiên cứu về hiện tượng quang điện
ngoài việc phân dạng toán và đưa ra công thức giải cụ thể sẽ nâng cao được kết
quả dạy học. Vì vậy tác giả mạnh dạn gửi đề tài này đến các thầy, cô giáo để
cùng nhau trao đổi kinh nghiệm với mong muốn được góp phần nhỏ bé của
mình vào sự nghiệp trồng người của đất nước trong giai đoạn đổi mới hiện nay.
II. Kiến nghị
18
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn


Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng do kinh nghiệm giảng dạy còn hạn chế
nên tôi tin chắc rằng trong đề tài này sẽ còn có những thiếu sót. Tôi rất mong
được sự nhận xét và góp ý chân thành của các đồng chí, đồng nghiệp và các em
học sinh để đề tài được hoàn chỉnh hơn.
Kính mong Hội đồng khoa học ngành thẩm định và công nhận sáng kiến kinh

nghiệm của tôi.
Tôi xin chân thành cảm ơn !

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ

Thanh Hóa, ngày 10 tháng 05 năm 2016

Tôi xin cam đoan đây là SKKN của
mình viết, không sao chép nội dung
của người khác.

Nguyễn Văn Quyền

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bí quyết luyện thi quốc gia môn vật lý theo chủ đề
Tác giả Chu Văn Biên.
NXB Đại học quốc gia Hà nội
2. Cẩm nang tinh hoa phương pháp giải nhanh bằng suy luận
Tác giả Lê Văn Vinh.
NXB Đại học quốc gia Hà nội
3. Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật Lý phần Quang lý và Vật lý hạt nhân
Tác giả Nguyễn Phú Dồng
NXB Tổng hợp TP HCM
4. Chuyên đề bồi dưỡng và nâng cao Vật lí 12
Tác giả Vũ Thị Phát Minh - Châu Văn Tạo - Nguyễn Đăng Khoa
5. Tạp chí vật lý tuổi trẻ.
6. Các đề thi Đại Học, Cao đẳng của Bộ giáo dục và đào tạo.
19
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn

Một số giải pháp giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và hoàn thiện kĩ năng
giải nhanh các bài toán về hiện tượng quang điện ngoài

20
Giáo viên: Nguyễn Văn Quyền - Trường THPT Lê Hoàn