Bài 30. Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN.
THUYẾT LƯỢNG TỬ
ÁNH SÁNG


Tiết PPCT: 53
Bài 30 (VL 12.CB)

Hoạt động 1. Đặt vấn đề, nhắc lại kiến thức cũ
Khi một người tiến về garage, cánh cửa garage lập tức mở ra, sau khi người đó qua cửa, thì nó đóng lại. Cánh cửa đóng mở tự động dựa trên hiện tượng quang điện.
Người ta có thể làm cho các êlectron bật ra khỏi tấm kim loại bằng cách nào ?
nung nóng tấm kim loại
Còn cách nào khác làm cho các êlectron bật khỏi bề mặt tấm kim loại không ?


Hoạt động 1. Đặt vấn đề, nhắc lại kiến thức cũ
Trong ánh sáng hồ quang có :
Tia hồng ngoại.
Tia tử ngoại.
Ánh sáng nhìn thấy.
Trong ánh sáng hồ quang có những thành phần bức xạ nào ?

Hoạt động 1. Đặt vấn đề, nhắc lại kiến thức cũ
Chứng tỏ : Tấm kẽm bị mất điện tích âm(êlectron)
Tấm kẽm Zn
Tĩnh điện kế
Chiếu ánh sáng hồ quang vào 1 tấm kẽm ban đầu tích điện âm
Heinrich Rudolf Hertz
Hoạt động 2. Tìm hiểu hiện tượng quang điện
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN
1. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện
Góc lệch của kim tĩnh điện kế giảm chứng tỏ điều gì ?
1. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện
Trong thí nghiệm trên thì nguyên nhân nào làm êlectron bật khỏi tấm kẽm ?
Vậy: Khi ánh sáng hồ quang chiếu vào tấm kẽm thì các êlectron bị bật khỏi tấm kẽm.

Hoạt động 2. Tìm hiểu hiện tượng quang điện
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN
Tấm kẽm tích điện dương
Chiếu ánh sáng hồ quang vào một tấm kẽm ban đầu tích điện dương
Điện tích của tấm kẽm như thế nào sau khi chiếu ánh sáng hồ quang ?

Hoạt động 2. Tìm hiểu hiện tượng quang điện
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN
Điện tích của tấm kẽm hầu như không đổi
1. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện
Khi chiếu ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm tích điện dương thì êlectron vẫn bị bật khỏi tấm kẽm nhưng bị tấm kẽm tích điện dương hút lại ngay.
Vậy: Êlectron vẫn bị bật khỏi tấm kẽm mang điện dương khi ánh sáng hồ quang chiếu vào.

Hoạt động 2. Tìm hiểu hiện tượng quang điện
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN
Lặp lại thí nghiệm với tấm kẽm mang điện dương thì kim tĩnh điện kế không bị thay đổi. Vì sao ?
2. Định nghĩa
Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện( ngoài).

Hoạt động 2. Tìm hiểu hiện tượng quang điện
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN
Hiện tượng vừa khảo sát gọi là hiện tượng quang điện, vậy hiện tượng quang điện là gì ?
Tấm kẽm mang điện âm
Chắn chùm tia hồ quang bằng tấm thủy tinh dày.
Điện tích tấm kẽm như thế nào ?
Hoạt động 2. Tìm hiểu hiện tượng quang điện
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN
1. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện
Tấm thủy tinh dày.
Tấm kẽm không mất điện tích âm.
3. Chú ý
Bức xạ tử ngoại có khả năng gây ra hiện tượng quang điện ở kẽm, còn ánh sáng nhìn thấy thì không.

Hoạt động 2. Tìm hiểu hiện tượng quang điện
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN
Nếu chắn chùm tia hồ quang bằng tấm thủy tinh dày thì hiện tượng quang điện không xảy ra  chứng tỏ điều gì?
Theo dõi đoạn phim sau :

Đoạn phim trên chứng tỏ điều gì ?

Hoạt động 2. Tìm hiểu hiện tượng quang điện
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN
Làm thế nào để khảo sát hiện tượng quang điện đối với một kim loại ?
Ánh sáng kích thích là gì ?
Giới hạn quang điện của kim loại là gì ?
Để gây ra hiện tượng quang điện đối với một kim loại thì phải thoả điều kiện gì ?
Hoạt động 3. Tìm hiểu về định luật giới hạn quang điện
II. ĐỊNH LUẬT VỀ GIỚI HẠN QUANG ĐIỆN
Học sinh đọc thầm phần II, trả lời câu hỏi
Định luật về giới hạn quang điện :
Ánh sáng kích thích có thể làm bật electron khỏi một kim loại khi bước sóng λ của nó ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λ0 của kim loại đó.
Hoạt động 3. Tìm hiểu về định luật giới hạn quang điện
II. ĐỊNH LUẬT VỀ GIỚI HẠN QUANG ĐIỆN
So sánh giới hạn quang điện (λ0) của các kim loại khác nhau ?
Hoạt động 3. Tìm hiểu về định luật giới hạn quang điện
II. ĐỊNH LUẬT VỀ GIỚI HẠN QUANG ĐIỆN
Học sinh nghiên cứu bảng 30.1 ( giá trị giới hạn quang điện λ0 của một số kim loại), trả lời câu hỏi :
Giới hạn quang điện của mỗi kim loại đặc trưng riêng cho kim loại đó
1. Giả thuyết của Plăng
Lượng năng lượng mà mỗi lần nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay bức xạ có giá trị hf ( f : tần số ánh sáng; h : hằng số)
Hoạt động 4. Tìm hiểu về thuyết lượng tử ánh sáng
III. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Học sinh đọc thầm phần III.1
Max Planck ( 1858-1947)
2. Lượng tử năng lượng

Lượng năng lượng trong giả thuyết của Plăng gọi là lượng tử năng lượng, kí hiệu ε ( exilon)
ε = hf
(h = 6,625.10-34J.s : hằng số Plăng)
Hoạt động 4. Tìm hiểu về thuyết lượng tử ánh sáng
III. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Max Planck ( 1858-1947)
2. Lượng tử năng lượng
Theo Plăng : Lượng năng lượng trao đổi phải là bội số của ε.
Hoạt động 4. Tìm hiểu về thuyết lượng tử ánh sáng
III. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Giả thuyết của Plăng khẳng định : Lượng năng lượng mà vật chất hấp thụ hay bức xạ là bao nhiêu ?
Max Planck ( 1858-1947)
3. Thuyết lượng tử ánh sáng
Năm 1905, dựa vào giả thuyết của Planck để giải thích hiện tượng quang điện, Einstein đề ra thuyết lượng tử ánh sáng
Hoạt động 4. Tìm hiểu về thuyết lượng tử ánh sáng
Albert Einstein ( 1879-1955)
3. Thuyết lượng tử ánh sáng
Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn.
Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng hf.
Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108 m/s dọc theo tia các sáng.
Khi nguyên tử (hay phân tử) phát xạ hay hấp thụ thì chúng phát ra hay hấp thụ 1 phôtôn.
Hoạt động 4. Tìm hiểu về thuyết lượng tử ánh sáng
4. Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử
Mỗi phôtôn khi bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho 1 êlectron.
Công để “thắng” lực liên kết của êlectron gọi là công thoát (A).
Để hiện tượng quang điện xảy ra:

hf  A hay  A; Đặt    0.
Hoạt động 5. Giải thích định luật về giới hạn quang điện
Anhxtanh cho rằng hiện tượng quang điện xảy ra do có sự hấp thụ phôtôn của ánh sáng kích thích bởi êlectron trong kim loại.
Vậy để êlectron bứt ra khỏi kim loại thì năng lượng này phải như thế nào?
Hiện tượng giao thoa chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng; Hiện tượng quang điện chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt.
Vậy : Ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt
Ánh sáng có bước sóng càng ngắn thì tính chất hạt thể hiện rõ.
Ánh sáng có bước sóng càng dài thì tính chất sóng thể hiện rõ.
Hoạt động 5. Tìm hiểu về lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng
IV. LƯỠNG TÍNH SÓNG–HẠT CỦA ÁNH SÁNG
Câu 1: Chiếu ánh sáng hồ quang lên một tấm kẽm trung hoà điện thì tấm kẽm sẽ
tích điện âm.
tích điện dương.
không bị tích điện.
tích điện âm có độ lớn tăng dần rồi hạ xuống.
Hoạt động 6. Củng cố, vận dụng
Trả lời các câu hỏi TNKQ sau :
Câu 2: Nội dung của thuyết lượng tử ánh sáng
giải thích sự hấp thụ ánh sáng của môi trường vật chất.
xác định ánh sáng là lưỡng tính sóng hạt.
xác định ánh sáng có tính chất sóng.
xác định ánh sáng có tính chất hạt.
Hoạt động 6. Củng cố, vận dụng
Trả lời các câu hỏi TNKQ sau :
Về nhà trả lời câu hỏi và làm các bài tập cuối bài trang 158 SGK; bài 30.1 đến 30.11 SBT.
Xem trước bài Hiện tượng quang điện trong
Hoạt động 6. Giao nhiệm vụ về nhà

Cảm ơn quý Thầy cô và các em học sinh !