CHUYÊN ĐỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1. Hiện tượng quang điện ngoài
Hiện tượng quang điện ngoài: Khi chiếu một chùm tia sáng thích hợp vào bề mặt tấm kim loại thì nó làm cho các electron bứt ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện(hay còn gọi là hiện tượng quang điện ngoài) , electron thoát ra khỏi bề mặt kim loại gọi là electron quang điện
2. Các định luật quang điện
+ Định luật quang điện thứ nhất (định luật về giới hạn quang điện):
Đối với mỗi kim loại ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λ0 của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện: λ ≤ λ0.
+ Định luật quang điện thứ hai (định luật về cường độ dòng quang điện bảo hòa):
Đối với mỗi ánh sáng thích hợp (có λ ≤ λ0), cường độ dòng quang
điện bảo hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích.
+ Định luật quang điện thứ ba (định luật về động năng cực đại của quang electron):
Động năng ban đầu cực đại của quang electron không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích, mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích và bản chất kim loại.
3. Thuyết lượng tử ánh sáng
+ Chùm ánh sáng là chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn có năng lượng xác định (năng lượng của 1 phô tôn ɛ = hf (J). Nếu trong chân không thì ε=h.f=h.c/λ
f là tần số của sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng.
h=6,625.10-34 J.s : hằng số Plank; c =3.108 m/s : vận tốc ánh sáng trong chân không.
+ Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1 giây.
+ Phân tử, nguyên tử, electron… phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn.
+ Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s trong chân không.
+ Năng lượng của mỗi phôtôn rất nhỏ. Một chùm sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều phôtôn do rất nhiều nguyên tử, phân tử phát ra. Vì vậy ta nhìn thấy chùm sáng liên tục.
+Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.
4. Giải thích các định luật quang điện
+ Công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện:
\(\frac{{hc}}{\lambda } = \frac{{hc}}{{{\lambda _0}}} + \frac{1}{2}m{v_{\max }}^2\)
+ Giải thích định luật thứ nhất:
Để có hiện tượng quang điện thì năng lượng của phôtôn phải lớn hơn hoặc bằng công thoát:
\(hf = \frac{{hc}}{\lambda } \ge A = \frac{{hc}}{{{\lambda _0}}} \Rightarrow \lambda \ge {\lambda _0}\)
-với λ0 là giới hạn quang điện của kim loại: λ0 = hc/A
-Công thoát của e ra khỏi kim loại : A=hc/λ0
-Tần số sóng ánh sáng giới hạn quang điện : f0=c/λ0
với : V0 là vận tốc ban đầu cực đại của quang e (Đơn vị của V0 là m/s)
λ0 là giới hạn quang điện của kim loại làm catot (Đơn vị của λ0 là m; μm; nm;pm)
m (hay me ) = 9,1.10-31 kg là khối lượng của e; e = 1,6.10-19 C là điện tích nguyên tố ; 1eV=1,6.10-19J.
+ Bảng giá trị giới hạn quang điện:
| Chất kim loại | λo(µm) | Chất kim loại | λo(µm) | Chất bán dẫn | λo(µm) |
| Bạc | 0,26 | Natri | 0,50 | Ge | 1,88 |
| Đồng | 0,30 | Kali | 0,55 | Si | 1,11 |
| Kẽm | 0,35 | Xesi | 0,66 | PbS | 4,14 |
| Nhôm | 0,36 | Canxi | 0,75 | CdS | 0,90 |
5. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng
Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt.
Trong mỗi hiện tượng quang học, ánh sáng thường thể hiện rõ một trong hai tính chất trên. Khi tính chất sóng thể hiện rõ thì tính chất hạt lại mờ nhạt, và ngược lại.
Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn, phôtôn có năng lượng càng lớn thì tính chất hạt thể hiện càng rõ, như ở hiện tượng quang điện, ở khả năng đâm xuyên, khả năng phát quang…,còn tính chất sóng càng mờ nhạt.
Trái lại sóng điện từ có bước sóng càng dài, phôtôn ứng với nó có năng lượng càng nhỏ, thì tính chất sóng lại thể hiện rõ hơn như ở hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, …, còn tính chất hạt thì mờ nhạt.
II. BÀI TẬP VẬN DỤNG
Câu 1: Biết công thoát của kim loại là 4,14 eV. Giới hạn quang điện là
A. 0,50 mm.
B. 0,26 mm.
C. 0,30 mm.
D. 0,35 mm.
Câu 2: Công thoát êlectrôn (êlectron) ra khỏi một kim loại là A = 1,88 eV. Biết hằng số Plăng h = 6,625.10-34 J.s, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s và 1 eV = 1,6.10-19 J . Giới hạn quang điện?
A. 0,33 μm.
B. 0,22 μm.
C. 0,66. 10-19 μm.
D. 0,66 μm.
Câu 3: Trong chân không, ánh sáng tím có bước sóng 0,4 μm. Mỗi phôtôn của ánh sáng này mang năng lượng xấp xỉ bằng
A. 4,97.10-31J
B. 4,97.10-19J
C. 2,49.10-19J
D. 2,49.10-31J
Câu 4: Biết công thoát của kim loại là 3,74 eV. Giới hạn quang điện là
A. 0,532mm.
B. 0,232mm.
C. 0,332mm.
D. 0,35 mm.
Câu 5: Công thóat êlectron ra khỏi một kim lọai 3,6.10-19J, hằng số Plăng h = 6,625.10-34J.s, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.108m/s. Chiếu chùm sáng có bước sóng 0,3μm vào kim loại trên. Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang electron là
A. 8,15.105m/s
B. 9,42.105m/s
C. 2,18.105m/s
D. 4,84.106m/s
...
ĐÁP ÁN
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| C | D | B | C | A | A | C | D | D | A |
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| B | C | A | C | C | B | B | D | A | B |
-(Nội dung đầy đủ và chi tiết, các em vui lòng xem tại online hoặc tải về)-
Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Chuyên đề Lượng tử ánh sáng môn Vật Lý 12 năm 2021. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
