Tài liệu Hướng dẫn học sinh một số thủ thuật giải nhanh bài tập trắc nghiệm vật lí chương lượng tử ánh sáng vật lí 12]

HƯỚNG DẪN HỌC SINH MỘT SỐ THỦ THUẬT GIẢI NHANH BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬT LÍ CHƯƠNG “LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG”[VẬT LÍ 12] ThS. Hoàng Hữu Tùng GV Trường THPT Cẩm Xuyên Hà Tĩnh Từ năm học 2008-2009, học sinh(HS) lớp 12 ở trung học phổ thông(THPT) trên cả nước được học theo chương trình SGK mới. Bộ Giáo dục và Đào tạo đã thay đổi hình thức thi tuyển sinh môn Vật lí (VL) từ phương pháp tự luận sang phương pháp thi trắc nghiệm khách quan (TNKQ); với thời gian 60 phút cho 40 câu đề thi tốt nghiệp THPT, 90 phút cho 50 câu đề thi vào đại học và cao đẳng. Việc ôn tập và thi bằng phương pháp TNKQ đòi hỏi HS cần nắm vững kiến thức tổng quát; do đó, HS phải suy luận logic dựa trên các định luật và kiến thức VL để đưa ra phương án trả lời nhanh và chính xác. Bài viết đưa ra một số thủ thuật giải nhanh bài tập trắc nghiệm Vật lí(BTTNVL) chương:“Lượng tử ánh sáng ” (VL12). 1. Cơ sở lí luận Để giải được các BTTNVL chương:“Lượng tử ánh sáng”(VL12), HS cần nắm được: - Các định luật quang điện, các hằng số đã biết như: h  6, 625.1034 J .s ; e 1,6.10 19 C ; m 9,1.10 31 kg ; c 3.108 m / s ; 1 eV  1, 6.1019 ( J ) ; 1m  106  m ; - Các dạng bài tập quen thuộc trong đề thi. - Dùng phương pháp toán học để xây dựng hằng số mới. - Dùng các phép biến đổi tương tự và hoán vị. 2. Quá trình giải quyết vấn đề 1 Xây dựng “hằng số mới” dựa vào các hằng số đã biết, từ đó xây dựng một số thủ thuật (hệ quả) giải nhanh BTTNVL. 1) Tìm giới hạn quang điện   m  khi biết công thoát 0 - Trường hợp 1: Giả thiết bài toán cho công thoát A A J. Tìm giới hạn quang điện   m  . 0 Xuất phá từ 0  hc 6,625.1034.3.108 1,9875.1025   ( m) , A A A các đáp số thường cho đơn vị là  m Nên đơn vị 0  m  đổi sang 0   m  là 0  1,9875.10 25.10 6 1,9875.10 19  (  m) A A  là hằng số (hằng số thứ nhất), với: Đặt   1,9875.1019 Hệ quả 1: 0    m  A Ví dụ 1: Công thoát electron của volfram là A  7,1.1019 J . Giới hạn quang điện của Volfram có giá trị là: A) 0,500 m ; B) 0,420m ; C) 0,375m ; D) 0,280m . Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 1, ta suy ra: 0   1,9875.10  19  0,280 m  . A 7,1.10  19 Đáp án đúng là D). - Trường hợp 2: Giả thiết bài toán cho công thoát A  eV  ; tìm giới hạn quang điện   m  . Ở đây người học cần đổi đơn vị công thoát A  eV  sang A  J  . 0 Từ hệ hệ quả 1, ta có: 0   1,9875.1019 1, 242   (  m) A A.1, 6.1019 A 2 (II)   1, 242  Đặt 0  Hệ quả 2 : là hằng số (hằng số thứ hai):   m A Chú ý: Mối liên hệ giữa  và        19 e 1,6.10 Ví dụ 2: Công thoát của Natri là A  2, 4843 eV . Giới hạn quang điện của Natri có giá trị là: A) 0,5m ; B) 0,6m ; C) 5m ; D) 6m . Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 2, suy ra: 0   1,242  0,5 m  . A 2,4843 2) Tìm công thoát A Đáp án đúng là A). khi biết giới hạn quang điện   m  . 0 Hoán vị giả thiết và kết luận của bài tập ta có các hệ quả sau: - Trường hợp 1: Giả thiết bài toán cho giới hạn quang điện   m  . Tìm công 0 thoát A J . Từ hệ quả 1, ta có hệ quả 3: A  J  0 3 Ví dụ 3: Giới hạn quang điện của Xêdi là 0 0,66 m . Công thoát của Xêdi dùng làm catôt là: A) 30,114.10 J ;B) 3,0114.10 J ; C) 3,0114.10 Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 3:  19  19  20 J ; D) 301,14.10  19 J .  1,9875 �1019 A   3, 0114.10 19 ( J ) . Đáp án đúng là B). 0 0, 66 - Trường hợp 2: Giả thiết bài toán cho giới hạn quang điện   m  . Tìm công 0 thoát A  eV  . Áp dụng hệ quả 2, ta có hệ quả 4: A   eV  0 Ví dụ 4: Cho giới hạn quang điện của một kim loại là 0 0,30m , khi đó, công thoát của kim loại dùng làm catôt có giá trị là: A) 1,16eV ; B) 2,21eV ; C) 4,14eV ; D) 6,62eV . Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 4: A  1, 242   4,14eV 0 0,3 . Đáp án đúng là C). 3) Tìm bước sóng ánh sáng kích thích   m  khi biết lượng tử năng lượng lượng  - Trường hợp 1: Giả thiết bài toán cho lượng tử năng lượng   J  . Tìm bước sóng ánh sáng đơn sắc khi chiếu vào Catốt    m  . Hệ quả 5:    m   4 Ví dụ 5: Ánh sáng đơn sắc có lượng tử năng lượng  3,975.10  19 J . Bước sóng sáng đơn sắc có giá trị là: A) 0,5mm ; B) 0,5m ; C) 0,5nm ; D) 0,5 pm . Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 5:   1,9875.10  19  0,5 m  .  3,975.10  19 Đáp án đúng là B). - Trường hợp 2: Giả thiết bài toán cho lượng tử năng lượng   eV  . Tìm bước sóng ánh sáng đơn sắc khi chiếu vào Catốt    m  .  Hệ quả 6:   m   Ví dụ 6: Ánh sáng đơn sắc có lượng tử năng lượng  2,1eV ,Khi đó, bước sóng sáng đơn sắc có giá trị là: A) 0,621m ; B) 0,540m ; C) 0,564 m ; D) 0,591m . Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 6, suy ra:   1,242  0,591 m   2,1 . Đáp án đúng là D). 4) Tìm lượng tử năng lượng khi biết bước sóng ánh sáng kích thích   m  . - Trường hợp 1: Giả thiết bài toán cho bước sóng ánh sáng đơn sắc, tìm lượng tử năng lượng   J  .   Hệ quả 7:  J   Ví dụ 7: Một bức xạ điện từ có bước sóng  0,2 m . Năng lượng của mỗi photon có độ lớn bằng: 5 A) 99,375.10  20 J ; B) 99,375.10  19 J ; C) 99,375.10  21 J ) D) 99,9375.10  22 J . Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 7:  1,9875.1019    9,9375.1019  99,375.1020  J   0, 2 . Đáp án đúng là A). - Trường hợp 2: Giả thiết bài toán cho bước sóng ánh sáng đơn sắc, tìm lượng tử năng lượng   eV  .  Hệ quả 8   eV   Ví dụ 8: Năng lượng của phôton ứng với ánh sáng có bước sóng A) 2,1eV ; B) 5eV ; 0,41m là C) 30,3eV ; D) 3,03eV . Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 8:    1,242  3,03eV  0,41 . Đáp án đúng là D). 5. Tìm động năng ban đầu cực đại của quang êlectron khi biết Áp dụng công thức Anhxtanh, ta có: Wđ  max     A  W0đ  max    , 0   A  W0( đ max) ; �1 1 � hc hc   hc �  �;  0 � 0 � �   � 6, 625.1034.3.108 �0   � W0 đ (max)  1,9875.1019 � 0 (J ) � � � ; 6 10 �0 . � �0 . � �   � W0( đ max)   � 0 (J ) �  .  � 0 � Hệ quả 9: Ví dụ 9: Catốt của một tế bào quang điện làm bằng xêdi có giới hạn quang 6 điện là 0,66m. Chiếu vào catốt ánh sáng tử ngoại có bước sóng 0,33m. Động năng ban đầu cực đại của quang electron là: A) 3,01.10  19 2,51.10  19 J J ; B) 4,01.10  19 J ; C) 3,15.10  19 J ; D) . Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 9: �   � 0   � 19 � W0 đ (max)   . � 0 (J ) ; � 1,9875 �10 � � �0 . � �0 � � �0,66  0,33 � W0( đ max)  3, 01�1019  J  . W0( đ max)  1,9875 �1019. � ; � �0, 66 �0,33 � Hệ quả 10: Đáp án đúng là A). �   � W0 đ (max)   � 0 (eV ) �  .  � 0 � Ví dụ 10: Catốt của một tế bào quang điện làm bằng Niken có giới hạn quang điện là 0,248m. Chiếu vào catốt ánh sáng tử ngoại có bước sóng 0,180m. Động năng ban đầu cực đại của quang electron là A) 0,116eV ; B)1,891eV ; C) 0, 034eV ; D) 0,815eV . Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 10: �   � �0   � W0 đ (max)   . � 0 (eV ) ; � 1, 242 � �  .   �  � 0 � �0 � �0, 248  0,1 � W0( đ max)  1, 242. � � 1,891eV �0, 248 �0,18 � . Đáp án đúng là B). 6) Tìm hiệu điện thế hãm U giữa anốt và catốt để dòng quang điện triệt h tiêu khi biết Ta có:  , 0 W0đ  max   eU h � U h  W0đ  max  e ; 7          . 0  U h   0 e  0 .   0 .  Hệ quả .  0     V  U   h 11:  0 .  Ví dụ 11: Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,5m vào catôt của một tế bào quang điện có giới hạn quang điện là 0,66m. Hiệu điện thế cần đặt giữa anôt và catôt để triệt tiêu dòng quang điện là A) 0,2V ; D)  0,6V B)  0,2V ; C) 0,6V ; . Áp dụng hệ quả 11:     ; U h 1,242  0  0    0,66  0,5  U h 1,242.  0,6V  0,66 0,5  , vì U h 0 . Đáp án đúng là D). 7) Tìm vận tốc ban đầu cực đại của quang êlectron khi biết Ta có: W0 đ (max)  v0 max   v0 max   2W0đ  max  me 2  ; 2 �0   � � �; me �0 . � 2.1,9875.1019 �  0 � � �; 9,1.1031 �0 . � v0 max   6, 6.105 Đặt me v02 max   , 0 0   0 . .  là hằng số (hằng số thứ ba):  6,6.10 5 8 Hệ quả 12:v0(max)  0   (m / s) 0 . Ví dụ 12: Catốt của tế bào quang điện được làm từ kim loại có công thoát electron là  0,31m . A 2,48eV . Chiếu vào bề mặt catốt ánh sáng đơn sắc có bước sóng Giới hạn quang điện của kim loại làm catốt và vận tốc cực đại của quang electron khi bật ra khỏi bề mặt catốt lần lượt là: A)  B) C)  0,45m ; v 0  max  7,32.10 5 m / s ; 0 0 0,45m ; v 0  max  6,32.10 5 m / s ; 0 D)  0,5m ; v 0 max  6,32.10 5 m / s ; 0 0,5m ; v 0  max  7,32.10 5 m / s . Hướng dẫn: Áp dụng hệ quả 2: 0   1,242  0,5 m  A 2,48 Áp dụng hệ quả 12 v0 (max) . 0   0 . v 0 (max) 6,6.10 5 . ; 0,5  0.31 7,32.10 5 ( m / s ) 0,5.0,31 . Đáp án đúng là D). Thực tế dạy học ở trường THPT cho thấy: việc giải BTTNVL bằng phương pháp xây dựng “Hằng số mới” chương “Lượng tử ánh sáng ” (VL12) đã có tác dụng tích cực, thu hút nhiều HS cùng tham gia giải bài tập và nhanh chóng 9 đưa ra kết quả chính xác, giúp HS đạt kết quả tốt trong các kỳ thi TN, và kỳ thi tuyển sinh đại học. 5. Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Đình Noãn - Phạm Thị Phú - Nguyễn Đình Thước. Bài tập trắc nghiệm Vật lí 12. NXB Đại học sư phạm, H. 2008. 2. Phạm Thị Phú.“Phát triển bài tập Vật lí nhằm củng cố kiến thức và bồi dưỡng tư duy linh hoạt, sáng tạo cho học sinh”, Tạp chí Giáp dục, số 138/2006. 3. Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) - Vũ Thanh Khiết (Chủ biên) Nguyễn Đức Hiệp - Nguyễn Ngọc Hưng - Nguyễn Đức Thâm- Phạm Đình Thiết - Vũ Đình Túy - Phạm Quý Tư. Sách giáo khoa, Sách giáo viên, Sách bài tập Vật lí 12 nâng cao. NXB Giáo dục, H.2008. 4. Hoàng Danh Tài. Hướng dẫn giải nhanh các dạng bài tập trắc nghiệm. NXB Đại họcquốc gia, H.2009. 5. Lê Văn Thành. Phân loại và phương pháp giải nhanh bài tập Vật lí 12. NXB Đại học sư phạm, H.2011. 6. Nguyễn Đức Thâm.Giáo trình tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông. NXB Đại học Quốc gia, H.1998. 7. Nguyễn Đình Thước. Những bài tập sáng tạo về Vật lí trung học phổ thông. NXB Đại học quốc gia, H.2010. 8. Nguyễn Anh Vinh.Hướng dẫn ôn tập và phương pháp giải nhanh bài tập trắc nghiệm Vật lí 12. NXB Đại học Quốc gia, H.2011 10 11