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



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

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



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



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

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

 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

 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

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.

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

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

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


+ 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 =


).
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 ⊥


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:


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

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

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

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:

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)

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

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


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