Sáng kiến kinh nghiệm Phương Pháp Giải Bài Tập Phần Lượng Tử Ánh Sáng10328

Phương pháp Giải tập Phần lượng tử ánh sáng I-Đặt vấn đề: Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, vật lý chiÕm mét vai trß rÊt quan träng khoa häc kỹ thuật đời sống Chương lượng tử ánh sáng chương quan trọng chương trình vật lý lớp 12 Trong năm gần tập lượng tử ánh sáng luôn có mặt ®Ị thi tun sinh, ®ã häc sinh gi¶i tập lại thường lúng túng vận dụng cách sáng tạo phương trình Anhxtanh để giải toán đơn giản, ngắn gọn Để giúp học sinh có thêm phương pháp suy luận giải tập chương này, số năm gần thường thực việc hướng dẫn học sinh giải tập chương theo nội dung sau: II- Nội dung: A- Hệ thống nội dung cần thiết, để học sinh khắc sâu kiến thức liên quan tới tËp - Khi chiÕu mét bøc x¹ cã b­íc sãng thích hợp vào kim loại M làm cho êlectron kim loại bật ngoài, tượng quang điện, êlectron bị bật gọi êlectron quang điện - Khác sâu nội dung thuyết lượng tử để học sinh thấy ánh sáng coi dòng phôtôn, lượng tử ánh sáng nhỏ, chùm sáng dù yếu chứa số lớn phôtôn, nên chùm sáng ddược coi liên tục Khi ánh sáng truyền lượng tử ánh sáng không bị thay đổi không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng - Khắc sâu định luật quang điện để: + Qua định luật thấy điều kiện để có dòng quang điện: < > A + Qua định luật thứ thấy ánh sáng kích thích thoả mÃn định luật quang điện thì: Iqđ ne ne NP NP cường độ chùm sáng kích thích Suy Iqđ cường độ chùm sáng kích thích + Qua định luật quang điện thứ thấy vận tốc ban đầu cực đại êlectron quang điện tỉ lệ thuận với tần số ánh sáng kích thích hay tỉ lệ nghịch với bước sóng ánh sáng kích thích - Công thức Anhxtanh tượng quang ®iƯn: DeThiMau.vn hf  hc   A mv0 max  Iq® = eU AK  eU h  mv0 max - Dùa vào thuyết lượng tử ánh sáng để giải thích định luật quang điện - Hiệu suất tượng quang điện ( hiệu suất lượng tử): H ne NP - H­íng dÉn häc sinh vËn dơng thut Bor để giải thích tạo thành quang phổ vạch nguyên tử Hyđrô B- Những kiến thức có liên quan đến tập chương Khi êlectron quang điện thoát gặp vùng điện trường tõ tr­êng   F  e E - Khi vào điện trường, êlectron chịu tác dụng lực điện - Khi vào vùng có từ trường êlectron chịu tác dụng lực Lorexơ f q vB sin    nÕu f  V ªlectron chuyển động quỹ đạo tròn, lực Lorenxơ đóng vai trò lực hướng tâm: mv q vB R q - Cường độ dòng điện I để tính Ibh t C-Phân dạng tập Dạng 1: Chiếu xạ có thích hợp vào kim loại M + Nếu M catốt tế bào quang điện sử dụng hệ thống hai công thức ®Ĩ gi¶i: mv02 max  A  hc eU h  mv 02 max + NÕu M c« lập điện, êlectron bắn nhiều điện DeThiMau.vn tăng, điện tăng tới e V max mv 02 max M có điện cực đại Vmax Trường hợp sử dụng công thức: mv02 max  A  hc e V max mv max Dạng 2: Chiếu đồng thời xạ 1, vào kim loại M + So s¸nh 1 víi 0 nÕu: - Nếu có thoả mÃn định luật giải dạng - Nếu hai thoả mÃn định luật 1: M ca tốt TBQĐ giải theo theo cách sau: Cách 1: Sử dụng công thức: mv02 max A  hc eU h  mv02 max Từ hai công thức ta thấy với nhỏ V0max lớn Uh lớn Suy ra: NÕu 1 > 2 th× v0max1 < v0max2 NÕu v0max1 = v0max2 => Uh1 = Uh2 cần giải với ngược lại Cách 2: Dựa vào công thøc hc mv02 max  A  A  eU h1  v0 max 1;U h1 1 hc mv02 max  A  A  eU h  v0 max 1;U h 2 2 KÕt luËn: v0max= v0max1 nÕu v0max1> v0max2 U h  U h1 U h1 U h ngược lại - Nếu M kim loại cô lập điện, giải tương tự theo cách nh­ng thay c«ng thøc: DeThiMau.vn mv02 max eU h  e Vmax b»ng c«ng thøc mv02 max  Dạng 3: Chiếu hai xạ vào M + M catốt TBQĐ: hc mv02 max  A  A  eU h1 KÕt hỵp 1 hc mv02 max  A  A  eU h 2 ®Ĩ suy đại lượng cần tìm + M cô lËp vỊ ®iƯn: hc mv02 max  A  A  e Vmax KÕt hỵp 1 hc mv02 max  A  A  e Vmax 2 để suy đại lượng cần tìm Dạng 4: Bài toán quang phổ Hyđrô: + Nếu toán cho bước sóng số vạch, tìm bước sóng số vạch khác Cách giải: Viết phương trình chuyển mức lượng cho vạch phổ đà biết bước sóng cần tìm: hc Ecao Ethấp Kết hợp phương trình để giải + Xác định bán kính quỹ đạo dừng vận tốc êlectron quỹ đạo Cách giải: áp dụng công thức: rn= n2r0 với r0=0,53A áp dụng định luật Niutơn cho chuyển động tròn, kết hợp với định e mv Culông : k  rn rn C- C¸c vÝ dơ minh ho¹: DeThiMau.vn D- VÝ dơ 1(d¹ng 1): ChiÕu chùm sáng có = 0,48m lê kim loại, công thoát êlectron lim loại 2,15 eV 1- Tính giới hạn quang điện 2- Tấm kim loại dùng làm ca tốt TBQĐ a- Tính vận tốc ban đầu cực đại êlectron bắn từ catốt b- Tính hiệu điện hÃm c- Biết dòng quang điện bÃo hoà Ibh=5mA công suất chùm sáng chiếu vào catốt P=1,25W Tìm hiệu suất lượng tử 3- Khi kim loại đặt cô lập, hỏi điện cự đại kim loại bao nhiêu? Cho h= 6,625.10-34Js; c= 3.108 m/s H­íng dÉn gi¶i: hc hc Suy ra: 0  1- Tõ c«ng thøc: A   A 6,625.1034 3.108 0   0,58.10 (m) 19 2,15.1,6.10 2-a)áp dụng công thức: hc mv02 max A 2(  v0 max  hc   A) m hc 6,625.1034.3.108  20 40 , 10 (J )   6 0,489.10  A = 2,15.1,6.10-19 =3,34.10-19=34,4.10-20(J) 2(  v max  b)Ta cã: eU h  hc Uh   A e hc   A)  m 2(40,6  34,4).10  20  3,7.10 (m / s )  31 9,1.10 mv max hc  A  (40,6  34,4).10  20   0,39(V ) 1,6.10 19 DeThiMau.vn c)HiƯu st l­ỵng tư: H  ne (1) NP I 5.103 ne    3,125.1016 (2) 19 e 1,6.10 NP  P  Tõ (1) (2) vµ (3)  H   P 1,25 20   , 031 10 (3) hc 40,6.10 20 3,125.1016  0,01 1% 0,031.10 20 4- Tấm kim loại cô lập điện có điện cực đại khi: hc A mv0 max  e Vmax   Vmax x   0,39(V ) e VÝ dơ (D¹ng 3): Khi chiếu xạ có tần số f1=2,2.1015Hz vào kim loại có tượng quang điện êlectron bắn bị giữ lại hiệu điện hÃm U1=6,6V Còn chiếu xạ có bước sóng vào kim loại êlectron bắn bị giữ lại hiệu điện hÃm U2=8V 1- Xác định số Plăng 2- Xác định giới hạn quang điện kim lo¹i 3- Khi chiÕu bøc x¹ cã b­íc sãng 1=0,4 m 2=0,56 m vào kim loại tượng quang điện có xảy không? Tìm hiệu điện thÕ h·m cđa chóng 4- ChiÕu ®ång thêi hai bøc xạ có bước sóng 1=0,4 m 3=0,2 m vào kim loại tượng quang diện có xảy không? Tìm hiệu điện hÃm chúng Cho e=1,6.10-19C; c= 3.108 m/s; h=6,625.10-34 Js me=9,1.10-31kg H­íng dÉn gi¶i: 1- áp dụng công thức: mv02 max hf A   A  eU h hf1  A  eU1 (1) hf  A  eU (2)  DeThiMau.vn Tõ (1) vµ (2) h  e(U U1 ) f  f1 1,6.1019.(8  6,6)   6,627.10 34 ( Js) 13 (2,538  2,2).10 2- Thay h vµo (1): A = hf1 - eU1=6,627.10-34.2,2.1015 - 1,6.10-19 6,6 = 4,0194.10-19(J) hc 6,627.1034.3.108 6 0    , 495 10 m 19 A 4,0194.10 3-Chiếu đồng thời Ta thấy 1 < 2 ; 2 < 0 vËy theo định luật quang điện 1, tượng quang điện xÈy víi bøc x¹ 1 hc  A  eU h 1 hc 6,627.1034.3.108 A  4,0194.1019 6  0,4.10  Uh    0,5943(V ) e 1,6.1019 4- ChiÕu 1 vµ 3: Ta thÊy 1 < ; < Hiện tượng quang điện xẩy với hai xạ hc A eU h Tõ c«ng thøc: 1 hc U h  U h3  3 A e 6,627.1034.3.108  4,0194.1019 6 0,2.10   3,7(V ) 1,6.1019 VÝ dơ (D¹ng 4): Cho biÕt v¹ch phỉ thø nhÊt d·y Lyman quang phổ nguyên tử Hyđrô 0= 0,122 m B­íc sãng cđa v¹ch H ; H  ; H 1=0,656 m; 2=0,486 m; 3=0,434 m Tìm bước sóng vạch dÃy Lyman vạch dÃy Pasen Hướng dẫn giải: hc Ecao Ethap áp dụng công thøc:  DeThiMau.vn hc  EL  EK Suy ra: (1) 0 hc  EM  EL (2) 1 hc  EN  EL (3) 2 hc  E0  E L (4) 3 hc  E M  E K (5) 01 hc hc hc KÕt hỵp (1) , (2) vµ (5) suy      01 0,122.0,656   0,103m 01   0,778 0  1 hc *   E N  E K (6) 02 KÕt hỵp (1) , (3) vµ (6) suy ra: 0  0,656.0,486   0,097 m 0   0,608 hc * '  EN  EM (7)  01 Kết hợp (2) , (3) (7) suy ra:  '1  1 0,656.0,486   1,875m 1   0,170 hc * '  E  E M (8) 2 DeThiMau.vn KÕt hỵp (2) , (4) vµ (8) suy ra:  '2  13 0,656.0,434   1,282 m 1  3 0,222 DeThiMau.vn ... - Dựa vào thuyết lượng tử ánh sáng để giải thích định luật quang điện - Hiệu suất tượng quang điện ( hiệu st l­ỵng tư): H  ne NP - H­íng dÉn học sinh vận dụng thuyết Bor để giải thích tạo thành... giải: Viết phương trình chuyển mức lượng cho vạch phổ đà biết bước sóng cần tìm: hc Ecao Ethấp Kết hợp phương trình để giải + Xác định bán kính quỹ đạo dừng vận tốc êlectron quỹ đạo Cách giải: ... A  A  eU h 2 để suy đại lượng cần tìm + M cô lập điện: hc mv02 max  A  A  e Vmax KÕt hỵp 1 hc mv02 max  A  A  e Vmax 2 ®Ĩ suy đại lượng cần tìm Dạng 4: Bài toán quang phổ Hyđrô: +