BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG QUANG điện ( thi GV giỏi, kèm GA đt)

TRƯỜNG PHỔ THÔNG VÙNG CAO VIỆT BẮC
TỔ LÝ – HÓA - SINH

GIÁO ÁN DỰ THI
GIÁO VIÊN GIỎI CẤP TRƯỜNG
Tiết 81

BÀI 45 – BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG
QUANG ĐIỆN
Vật lý 12 - Ban nâng cao

Giáo viên dự thi: Nguyễn Văn Tú

Năm học 2016 - 2017


Ngày soạn: 13/02/2017
Ngày dạy: 17/02/2017
Tiết 81
Bài 45. BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN
I.MỤC TIÊU.
1. Kiến thức
- Vận dụng công thức Anhxtanh và các công thức khác có liên quan đến hiện tượng
quang điện để giải bài toán, giải thích hiện tượng quang điện.
2. Kĩ năng
- Rèn luyện kĩ năng tính toán bằng số, chuyển đổi đơn vị và phân tích hiện tượng vật lí.
3. Thái độ
- Sôi nổi, hào hứng trong giờ học.
- Có khả năng suy diễn toán học, suy luận logic, nhận thức đúng về khoa học ứng dụng
bài học vào thực tiễn.
4. Phát triển năng lực

- Năng lực tự học
- Năng lực tư duy
- Năng lực hợp tác nhóm
- Năng lực ngôn ngữ
- Năng lực thuyết trình
- Năng lực giải quyết vấn đề
- Năng lực tính toán
II. TRỌNG TÂM.
- Học sinh nắm vững được các kiến thức về các định luật quang điện
- Vận dụng công thức Anhxtanh và các công thức khác có liên quan đến hiện tượng
quang điện để giải được bài tập.
III. PHƯƠNG PHÁP - PHƯƠNG TIỆN.
1. Phương pháp
- Đàm thoại, gợi mở, nêu vấn đề, hoạt động nhóm.
2. Phương tiện
- Sách giáo khoa Vật lý 12, sách giáo viên Vật lý 12, sách bài tập Vật lý 12, sách tham
khảo, phiếu học tập, bảng phụ, máy chiếu.
IV. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC


1. Ổn định lớp
- Lớp: 12A4 ……………………………………………………
2. Kiểm tra bài cũ:
- Phát biểu nội dung các định luật quang điện.
- Nêu các công thức về hiện tượng quang điện: công thức tính năng lượng của phôtôn,
công thức tính giới hạn quang điện và công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện.
3. Bài mới:
* Đặt vấn đề: Để nắm vững hơn nội dung các định luật quang điện, các công thức có
trong bài học và phương pháp áp dụng các công thức đó, hôm nay thầy trò chúng ta sẽ cùng
nhau đi làm một sô bài tập điển hình.

Bài 45 – Bài tập về hiện tượng quang điện
Hoạt động 1: Giải bài tập 1
Hoạt động của Giáo viên - Học sinh
Bài 1: Công thoát electron của tấm kim loại

Nội dung cơ bản

dùng làm catốt của một tế bào quang điện là
A = 4.10-19J.
1. Tính giới hạn quang điện của kim loại
trên.
2. Chiếu đồng thời hai bức xạ có bước
sóng λ1 = 4,5µ m và λ1 = 5, 2 µ m vào catốt
của tế bào quang điện trên.
a) Hiện tượng quang điện có xảy ra
không ? tại sao?
b) Tìm vận tốc ban đầu cực đại của
electron quang điện bắn ra từ catốt.
c) Tính hiệu điện thế hãm.
Bài 1
GV: Em hãy đọc và tóm tắt bài toán.

Tóm tắt

HS: Tóm tắt bài toán

Cho: A = 4.10-19 J
λ1 = 0, 45µ m = 0, 45.10−6 m

GV: Theo bài ra, có đại lượng nào cần đổi

đơn vị không ? Nếu có hãy đổi đồng nhất

λ1 = 0, 52µ m = 0, 52.10−6 m

các đơn vị đó.

------------------------------

HS: λ1 và λ2 phải đổi ra đơn vị m.

Tính: 1. λ0 = ?


2. a)
b) v0max = ?
c) Uh = ?
GV: Để tính được giới hạn quang điện ta sử ------------------------------------------------dụng công thức nào ?
GIẢI
HS: Trả lời

1. Áp dụng công thức:

A=

hc
λ
⇒ λ0 =

hc 6, 625.10−34.3.108
=

A
4.10−19

≈ 4,97.10−7 m = 0,497 µ m

GV: Để khẳng định hiện tượng quang điện
có xảy ra hay không thì cần dựa vào điều
kiện gì?
HS: Áp dụng định luật quang điện I để trả
lời .
GV: Như vậy, ta có kết luận như thế nào về 2. a)
khả năng gây ra hiện tượng quang điện của
λ1 và λ2 ?
HS: Trả lời

Ta có:
*) λ1 < λ0 (xảy ra hiện tượng quang điện)
*) λ2 f λ0 (không xảy ra hiện tượng quang

GV: Để tính được vận tốc ta cần phải tính
được động năng. Áp dụng công thức nào để

điện)
b) Áp dụng công thức Anhxtanh:

hc
= A + Wdmax
λ

tính động năng ban đầu cực đại?

HS: Trả lời
⇒ Wđ max =

hc
6, 625.10−34.3.108
−A=
− 4.10−19
λ
0, 45.10−6

⇒ Wđ max ≈ 4, 2.10−20 J

GV: Hãy tính vận tốc ban đầu cực đại?
HS: Trả lời

- Vận tốc ban đầu cực đại của electron quang
điện.
v0max =

GV: Ngoài cách tính như trên, em nào có
cách tính nào khác?
HS: Trả lời

2Wđ max
2.4, 2.10−20
=
≈ 3, 03.105 m / s
m
9,1.10−31

Cách khác
- Từ công thức Anhxtanh ta suy ra


vo max =

2  hc

 − A÷
m λ


v0max =

2  hc

 − A÷
m λ


GV: Với công thức này, các em hãy sử dụng
máy tính, bấm và so sánh kết quả với đáp án
trên bảng.
HS: Tiến hành (Học sinh có thể tính sai)
GV: Với các dạng toán về hiện tượng quang
điện thì nếu đưa ra các biểu thức cồng kềnh,
khi thay số rất dễ dẫn tới sai khi bấm máy
tính (do các số trong công thức hoặc rất lớn
hoặc rất bé). Vì vậy các em nên tính từng
bước để tránh sai sót.

GV: Muốn tính hiệu điện thế hãm ta áp dụng
công thức nào?
HS: Trả lời

c) Hiệu điện thế hãm
Uh =

GV: Đã có sẵn động năng từ ý b) nên tính

Wđ max
= 0, 2625V
e

Uh sẽ đơn giản hơn nhiều.
Hoạt động 2: Giải bài tập 2, 3 (Hoạt động nhóm)
GV: Tương tự như bài tập trên các nhóm
tiến hành giải bài tập sau.
+ Nhóm 1,2 giải bài tập 2
+ Nhóm 3,4 giải bài tập 3
Các nhóm giải bài vào bảng phụ trong thời
gian 8 phút.
(Chiếu bài tập, phát bảng, bút)
Bài 2. Chiếu đồng thời hai bức xạ có bước Bài 2.
sóng lần lượt là λ1 = 0, 4 µ m và λ1 = 0, 48µ m Cho:
vào catốt của một tế bào quang điện. Biết

λ1 = 0, 4 µ m = 0, 4.10 −6 m ,

giới hạn quang điện của kim loại dùng làm

λ1 = 0, 48µ m = 0, 48.10−6 m

catốt là λ0 = 0,58µ m .
a) Tính công thoát eletron của kim loại dùng

λ0 = 0, 58µ m = 0,58.10 −6 m ,

Ibh = 8.10-3 A


làm catốt.

Tính a) A = ?

b) Hiện tượng quang điện có xảy ra không?

b) Htqđ có xảy ra không? Tại sao?

tại sao?

c) v0max

c) Tìm vận tốc ban đầu cực đại của electron

d) ne

quang điện.

----------------------------------------------------------------------

d) Xét với bức xạ λ1 thì cường độ dòng Giải
quang điện bão hòa Ibh = 8 mA. Xác định số
a)

electron bật ra trong mỗi giây.

A=

hc 6, 625.10−34.3.108
=
≈ 3, 4.10−19 J
−6
λ0
0,58.10

≈ 2,14eV

b) Có xảy ra hiện tượng quang điện. Vì
λ1 , λ2 < λ0

c) v0 =
d) ne =
Bài 3. Chiếu đồng thời hai bức xạ có tần số
lần

lượt

là

f1 = 6, 25.1014 Hz

và

Bài 3
Cho
f1 = 6, 25.1014 Hz ,

quang điện. Biết giới hạn quang điện của

f 2 = 5,8.1014 Hz

kim loại dùng làm catốt là λ0 = 0,56 µ m .

λ0 = 0,56µ m = 0, 56.10 −6 m

a) Tính công thoát eletron của kim loại dùng
làm catốt.
tại sao?
c) Tìm hiệu điện thế hãm.

I bh
= 5.1016 (hạt)
e

-----------------------------------------------

λ1 = 5,8.1014 Hz vào catốt của một tế bào

b) Hiện tượng quang điện có xảy ra không?


2  hc
5
 − A ÷ = 5,87.10 m / s
m  λ1


P1 = 2W
Tính
a) A = ?
b) Htqđ có xảy ra không? Tại sao?

d) Biết công suất của chùm sáng bức xạ f1

c) Uh = ?

chiếu vào catốt là P = 2W. Xác định số hạt

d) nf = ?

photon tới trong mỗi giây .

Giải
a) Công thoát
A=

hc 6, 625.10−34.3.108
=
≈ 3,55.10−19 J
λ0

0,56.10−6
≈ 2, 22eV


b) Ta có: f 0 =

c
≈ 5,35.1014 Hz
λ0

Vậy, có xảy ra hiện tượng quang điện vì
f1, f2 > f0
c) Hiệu điện thế hãm
eU h = hf1 − A ⇒ U h =

1
( hf1 − A ) = 0,369V
e

d) Số hạt photon tới mỗi giây.
HS: Tiến hành thảo luận nhóm

và hoàn

np =

P Pλ
=
= 4,83.1018 hạt
ε hc

thiện bài tập.
GV: Quan sát hoạt động nhóm của học sinh.
Quản lý, nhắc nhở trong qúa trình học sinh
làm bài.
GV: Hết giờ, yêu cầu các nhóm dán bảng
phụ lên bảng.

.

GV: Đại diện nhóm rút thăm trình bày.
GV: Công bố nhóm trình bày, nhóm còn lại
sẽ theo dõi và phản biện kết quả của nhóm
bạn (theo cặp 1- 2 và 3 - 4)
HS: Đại diện nhóm trình bày kết quả bài
toán của nhóm mình.
HS dưới lớp theo dõi và đặt câu hỏi cho
nhóm bạn.
GV: Nhận xét bài làm của 4 nhóm.
GV: Hãy tính công thoát theo đơn vị eV?
HS: Đổi đơn vị kết quả tính được ý a.
GV: Giải thích tại sao chỉ tính vận tốc
electron quang điện chỉ do bức xạ 1 gây ra?
GV: Hãy giải thích tại sao tính Uh chỉ phụ
thuộc vào bức xạ f1 .?

+) Chú ý: Hiện tượng quang điện xảy ra khi

HS: Giải thích.

được chiếu đồng thời nhiều bức xạ thì khi
tính các đại lượng: Vận tốc ban đầu cực đại
v0max, hiệu điện thế hãm U h, điện thế cực đại
Vmax, … đều được tính ứng với bức xạ có


λmin (hoặc fmax).
* Mở rộng
e) Khi chiếu chùm bức xạ f1 có công suất
P = 2W vào catốt thì cường độ dòng quang
GV: Hiệu suất lượng tử là gì? Tính hiệu suất điện bão hòa là I = 0,8mA. Hãy tính hiệu
lượng tử như thế nào?
suất lượng tử?
HS.

H=

ne ε I
=
n p eP

H=

ne ε I
=
n p eP

Hướng dẫn và yêu cầu học sinh về làm tiếp.
4. Vận dụng, củng cố

PHIẾU HỌC TẬP
Họ và tên nhóm trưởng ……………………………………………………………….
Viết bằng chữ in hoa đáp án mà em chọn vào bảng sau:
1

2

3

4

5

Câu 1. Khi nói về thuyết lượng tử ánh sáng, phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Năng lượng phôtôn càng nhỏ khi cường độ chùm ánh sáng càng nhỏ.
B. Phôtôn có thể chuyển động hay đứng yên tùy thuộc vào nguồn sáng chuyển động hay
đứng yên.
C. Ánh sáng được tạo bởi các hạt gọi là phôtôn.
D. Năng lượng của phôtôn càng lớn khi tần số của ánh sáng ứng với phôtôn đó càng nhỏ.
Câu 2. Một kim loại có công thoát A = 2,62eV. Khi chiếu vào kim loại này hai bức xạ có bước
sóng λ1= 0,6µm, λ2 = 0,4µm. Hiện tượng quang địên
A. xảy ra với cả 2 bức xạ.

B. không xảy ra đối với cả 2 bức xạ.

C. xảy ra với λ 1 không xảy ra với λ2 .

D. xảy ra với λ 2 không xảy ra với λ1.

Câu 3. Năng lượng của phôtôn ứng với ánh sáng có bước sóng λ = 0,41µm là

A. 4,85.10 -19(J)

B. 3,03.10-18 (J)

C. 4,85.10 – 20 (J)

D. 3,03.10-20 (J)

Câu 4. Trong 10s, số electron đến được anôt của tế bào quang điện là 3.10 16. Cường độ dòng
quang điện lúc đó là
A. 0,48 A.

B. 4,8 A.

C. 0,48 mA.

D. 4,8 mA.


Câu 5. Một tế bào quang điện có catôt được làm bằng Asen có công thoát electron 5,15 eV.
Chiếu vào catôt chùm bức xạ điện từ có bước sóng 0,2 µm và nối tế bào quang điện với nguồn
điện một chiều. Mỗi giây catôt nhận được năng lượng của chùm sáng là 0,3 mJ, thì cường độ
dòng quang điện bão hoà là 4,5.10-6 A. Hiệu suất lượng tử là
A. 9,4%.

B. 0,094%.

C. 0,94%.

D. 0,186%.

Gv: Hợp tác nhóm theo đơn vị bàn để hoàn thành phiếu học tập trong 3 phút; sau 3 phút
chuyển bài cho bàn đối diện để đánh giá chéo. Mỗi câu đúng là 2 điểm.
*) Phương pháp giải bài tập
B1 – Đọc và tóm tắt đầu bài
B2 – Đổi đồng nhất các đơn vị có trong bài
B3 – Lựa chọn các công thức phù hợp để áp dụng
B3 – Giải và tìm các dự kiện đầu bài yêu cầu.
+) Chú ý: Hiện tượng quang điện xảy ra khi được chiếu đồng thời nhiều bức xạ thì khi tính các
đại lượng: Vận tốc ban đầu cực đại v 0max, hiệu điện thế hãm Uh, điện thế cực đại V0max,... đều
được tính ứng với bức xạ có λmin (hoặc fmax).
5. Dặn dò
- Học kỹ các định luật quang điện và các công thức có trong bài học.
- Tìm hiểu các ứng dụng trong thực tế của hiện tượng quang điện.
- Chú ý làm các bài tập liên quan đến tia Rơn-ghen.
- Làm các bài tập: 7.23; 7.25; 7.29; 7.31; 7.32 trong SBT.
V. RÚT KINH NGHIỆM GIỜ DẠY
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….................
……………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….................
……………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….................
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….................

PHIẾU HỌC TẬP

Bài 2. Chiếu đồng thời hai bức xạ có bước sóng lần lượt là λ1 = 400nm và λ1 = 480µ m vào
catốt của một tế bào quang điện. Biết giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt là
λ0 = 0,58µ m .
a. Tính công thoát eletron của kim loại dùng làm catốt.
b. Hiện tượng quang điện có xảy ra không? tại sao?
c. Tìm vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện.
d. Xét với bức xạ λ1 thì cường độ dòng quang điện bão hòa Ibh = 8 mA. Xác định số hạt
electron bật ra trong mỗi giây.

PHIẾU HỌC TẬP
Bài 3. Chiếu đồng thời hai bức xạ có tần số lần lượt là f1 = 6, 25.1014 Hz và λ1 = 5,8.1014 Hz
vào catốt của một tế bào quang điện. Biết giới hạn quang điện của kim loại dùng làm
catốt là λ0 = 0,56µ m .
a. Tính công thoát eletron của kim loại dùng làm catốt.
b. Hiện tượng quang điện có xảy ra không? tại sao?
c. Tìm hiệu điện thế hãm.
d. Biết công suất của chùm sáng bức xạ f1 chiếu vào catốt là P =2W Xác định số hạt
phôtôn tới trong mỗi giây .

PHIẾU HỌC TẬP

Bài 2. Chiếu đồng thời hai bức xạ có bước sóng lần lượt là λ1 = 400nm và λ1 = 480µ m vào
catốt của một tế bào quang điện. Biết giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt là
λ0 = 0,58µ m .
a. Tính công thoát eletron của kim loại dùng làm catốt.
b. Hiện tượng quang điện có xảy ra không? tại sao?
c. Tìm vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện.
d. Xét với bức xạ λ1 thì cường độ dòng quang điện bão hòa Ibh = 8 mA. Xác định số hạt
electron bật ra trong mỗi giây.

PHIẾU HỌC TẬP
Họ và tên nhóm trưởng ……………………………………………………………….
Viết bằng chữ in hoa đáp án mà em chọn vào bảng sau:
1

2

3

4

5

Câu 1. Khi nói về thuyết lượng tử ánh sáng, phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Năng lượng phôtôn càng nhỏ khi cường độ chùm ánh sáng càng nhỏ.
B. Phôtôn có thể chuyển động hay đứng yên tùy thuộc vào nguồn sáng chuyển động hay
đứng yên.


C. Ánh sáng được tạo bởi các hạt gọi là phôtôn.
D. Năng lượng của phôtôn càng lớn khi tần số của ánh sáng ứng với phôtôn đó càng nhỏ.
Câu 2. Một kim loại có công thoát A = 2,62eV. Khi chiếu vào kim loại này hai bức xạ có bước
sóng λ1= 0,6µm, λ2 = 0,4µm. Hiện tượng quang địên
A. xảy ra với cả 2 bức xạ.

B. không xảy ra đối với cả 2 bức xạ.

C. xảy ra với λ 1 không xảy ra với λ2 .

D. xảy ra với λ 2 không xảy ra với λ1.

Câu 3. Năng lượng của phôtôn ứng với ánh sáng có bước sóng λ = 0,41µm là
A. 4,85.10 -19(J)

B. 3,03.10-18 (J)

C. 4,85.10 – 20 (J)

D. 3,03.10-20 (J)

Câu 4. Trong 10s, số electron đến được anôt của tế bào quang điện là 3.10 16 hạt. Cường độ
dòng quang điện lúc đó là
A. 0,48 A.

B. 4,8 A.

C. 0,48 mA.

D. 4,8 mA.

Câu 5. Một tế bào quang điện có catôt được làm bằng Asen có công thoát electron 5,15 eV.
Chiếu vào catôt chùm bức xạ điện từ có bước sóng 0,2 µm và nối tế bào quang điện với nguồn
điện một chiều. Mỗi giây catôt nhận được năng lượng của chùm sáng là 0,3 mJ, thì cường độ
dòng quang điện bão hoà là 4,5.10-6 A. Hiệu suất lượng tử là
A. 9,4%.

B. 0,094%.

C. 0,94%.

D. 0,186%.