Lí Thuyết SGK Vật lí 12 Học Kì 2

Tóm Tắt lí thuyết SGK Vật lí 12 học kì 2 dành cho HS yếu hệ thống lại toàn bộ nội dung Vật lí 12 trong Học kì 2. Tài liệu miễn phí cho Học sinh. Mong rằng tài liệu sẽ giúp các em nắm vững lí thuyết SGK ở chương trình HK2

CHƯƠNG IV DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ Bài 20 MẠCH DAO ĐỘNG I Mạch dao động Cấu tạo mạch dao động: C L,r  tụ điện C mắc nối tiếp với cuộn cảm có độ tự cảm L tạo thành mạch kín gọi mạch dao động - Nếu r nhỏ (coi điện trở 0): mạch dao động lí tưởng Hoạt động: tích điện cho tụ điện cho phóng điện, tụ phóng điện qua lại nhiều lần tạo dịng điện xoay chiều mạch: C E + q - L Sử dụng điện áp xoay chiều tạo hai tụ điện cách nối hai với mạch ngoài: L C Y Dao động kí điện tử II Dao động điện từ tự mạch dao động Định luật biến thiên điện tích cường độ dịng điện mạch dao động lí tưởng - Sự biến thiên điện tích bản: q  q0 cos t    với   : tần số góc dao động (rad/s) LC - Phương trình dịng điện mạch: i dq     q sin  t     I cos   t     dt 2  với I0 = q0 - Nếu chọn gốc thời gian (t = 0) lúc tụ điện bắt đầu phóng điện: q = CE = q0, suy φ =    q  q0 cos t i  I cos   t   2  Vậy, điện tích q tụ điện cường độ dòng điện i mạch dao động biến thiên điều hoà tần số theo thời gian; i sớm pha /2 so với q Định nghĩa dao động điện từ tự - Sự biến thiên điều hồ theo thời gian điện tích q tụ điện cường độ dòng điện i (hoặc   cường độ điện trường E cảm ứng từ B ) mạch dao động gọi dao động điện từ tự Chu kì tần số dao động riêng mạch dao động - Chu kì dao động riêng: T  2 LC đơn vị: giây (s) - Tần số dao động riêng: f  2 LC đơn vị: Héc (Hz) * Chú ý: công thức trên: L tính Henri (H) C tính Fara (F) III Năng lượng điện từ - Năng lượng điện từ mạch = lượng điện trường (trong tụ điện) + lượng từ trường (trong cuộn cảm) - Mạch dao động lý tưởng lượng điện từ bảo toàn Bài 21 ĐIỆN TỪ TRƯỜNG I Mối quan hệ điện trường từ trường Từ trường biến thiên điện trường xốy a Thí nghiệm cảm ứng điện từ Faraday S N O - Điện trường có đường sức đường cong kín gọi điện trường xoáy b Kết luận - Nếu nơi có từ trường biến thiên theo thời gian nơi xuất điện trường xoáy Điện trường biến thiên từ trường - Nếu nơi có điện trường biến thiên theo thời gian nơi xuất từ trường Đường sức từ trường khép kín - Trường xốy trường có đường sức khép kín II Điện từ trường - Là trường có hai thành phần biến thiên theo thời gian, liên quan mật thiết với điện trường biến thiên từ trường biến thiên - Thuyết điện từ Mắc – Xoen (đọc thêm) Bài 22 SÓNG ĐIỆN TỪ I Sóng điện từ Sóng điện từ: - Sóng điện từ điện từ trường lan truyền không gian Đặc điểm sóng điện từ: - Sóng điện từ lan truyền chân không với tốc độ lớn c  3.108 m/s điện mơi nhỏ chân khơng phụ thuộc số điện môi      - Sóng điện từ sóng ngang: E  B ; E , B, v điểm tạo thành tam diện thuận - Trong sóng điện từ dao động điện trường từ trường điểm ln đồng pha với - Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách hai mơi trường bị phản xạ khúc xạ ánh sáng - Sóng điện từ mang lượng - Sóng điện từ có bước sóng từ vài m đến vài km dùng thông tin liên lạc vô tuyến gọi sóng vơ tuyến: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung, sóng dài II Sự truyền sóng vơ tuyến khí Các vùng sóng ngắn bị hấp thụ - Phân tử khơng khí hấp thụ mạnh sóng dài, sóng trung sóng cực ngắn - Khơng khí hấp thụ mạnh sóng ngắn Tuy nhiên, số vùng tương đối hẹp, sóng có bước sóng ngắn khơng bị hấp thụ Sự phản xạ sóng ngắn tầng điện li - Tầng điện li: lớp khí quyển, phân tử khí bị ion hóa mạnh tác dụng tia tử ngoại ánh sáng Mặt Trời (ở độ cao khoảng từ 80 km đến 800 km) - Sóng ngắn vơ tuyến phản xạ tốt tầng điện li mặt đất mặt nước biển ánh sáng - Vì phản xạ liên tục mặt đất tầng điện li nên sóng ngắn truyền thơng tin xa (vài chục nghìn km) Kiến thức bổ trợ: Sóng dài Bước sóng  Trên 3000 m Dưới 0,1 MHz Sóng trung 3000 m  200 m 0,1 MHz  1,5 MHz Sóng ngắn 200 m  10 m 1,5 MHz  30 MHz Sóng cực ngắn 10 m  0,01 m 30 MHz  30000 MHz Tên sóng Tần số f Phạm vi sử dụng: Loại sóng Sóng dài Sóng trung Sóng ngắn Sóng cực ngắn Đặc tính Ít bị nước hấp thụ Ban ngày: tầng điện li hấp thụ mạnh Ban đêm: tầng điện li phản xạ tốt Bị tầng điện li phản xạ mặt đất, mặt đất phản xạ lần thứ hai, tầng điện li phản xạ lần thứ ba,… Năng lượng lớn nhất, truyền thẳng không bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ Phạm vi sử dụng Dùng thông tin nước Sử dụng truyền thông tin vào ban đêm Một đài phát sóng ngắn với cơng suất lớn truyền sóng khắp nơi mặt đất Dùng vô tuyến truyền hình Dùng thơng tin vũ trụ Bài 23 NGUYÊN TẮC THÔNG TIN LIÊN LẠC BẰNG VÔ TUYẾN I Nguyên tắc chung việc thông tin liên lạc sóng vơ tuyến E Phải dùng sóng điện từ cao tần - Những sóng vơ tuyến dùng để tải thơng tin gọi sóng mang t - Vơ tuyến truyền thanh: sóng mang có bước sóng vài m đến vài trăm m - Vơ tuyến truyền hình: sóng mang có bước sóng ngắn nhiều Đồ thị E(t) sóng mang chưa bị biến điệu Phải biến điệu sóng mang - Dùng micrô để biến dao động âm thành dao động điện có tần số, dao động điện ứng với sóng điện từ gọi sóng âm tần E t Đồ thị E(t) sóng âm tần - Dùng mạch biến điệu để “trộn” sóng âm tần với sóng mang gọi biến điệu sóng điện từ Sau sóng mang biến điệu (vẫn sóng cao tần) truyền từ đài phát đến máy thu E t Đồ thị E(t) sóng mang biến điệu biên độ Ở nơi thu: dùng mạch tách sóng, tách sóng âm tần khỏi sóng cao tần để đưa loa Loa biến dao động điện thành dao động âm tần số Khuếch đại tín hiệu: tín hiệu thu có cường độ nhỏ, phải khuếch đại chúng mạch khuếch đại II Sơ đồ khối máy phát vô tuyến đơn giản (1): Micrơ (2): Mạch phát sóng điện từ cao tần (3): Mạch biến điệu (4): Mạch khuếch đại: khuếch đại dao động điện từ cao tần biến điệu (5): Anten phát III Sơ đồ khối máy thu đơn giản (1): Anten thu (2): Mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần (3): Mạch tách sóng (4): Mạch khuếch đại dao động điện từ âm tần (5): Loa * Chú ý: (2) theo SGK Nâng cao mạch chọn sóng có nhiệm vụ chọn lọc sóng muốn thu nhờ cộng hưởng (tạo biên độ lớn nên có tác dụng khuếch đại dao động điện từ cao tần thu được) CHƯƠNG V SÓNG ÁNH SÁNG Bài 24 TÁN SẮC ÁNH SÁNG I Thí nghiệm tán sắc ánh sáng Niu-tơn (1672) Mặt Trời M F G Đỏ Da cam Vàng Lục Lam Chàm Tím P B - Kết quả: + Vệt sáng F’ M bị dịch xuống phía đáy lăng kính thủy tinh, đồng thời bị trải dài thành dải màu sặc sỡ + Quan sát màu theo chiều từ đỉnh xuống đáy lăng kính: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím (học thuộc theo F’ A C thứ tự) Mỗi màu chùm đơn sắc + Ranh giới màu không rõ rệt, màu chuyển dần sang màu cách liên tục - Dải màu quan sát quang phổ ánh sáng Mặt Trời hay quang phổ Mặt Trời - Ánh sáng Mặt Trời ánh sáng trắng - Hiện tượng gọi tán sắc ánh sáng gây lăng kính II Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc Niu-Tơn - Mục đích: trả lời câu hỏi "có phải thủy tinh làm đổi màu ánh sáng hay không?" - Lần lượt cho chùm sáng đơn sắc qua lăng kính P’ (rạch M khe F’// F vị trí có chùm đơn sắc muốn lấy) hình bên dưới: (ánh sáng lấy màu vàng – V) Mặt Trời M Đỏ G F P Tím M’ P’ V F’ Vàng  M’, chùm tia ló lệch phía đáy mà khơng bị đổi màu Vậy: ánh sáng đơn sắc ánh sáng có màu định không bị tán sắc truyền qua lăng kính III Giải thích tượng tán sắc - Ánh sáng trắng (mặt trời, đèn điện dây tóc, ) ánh sáng đơn sắc, mà hỗn hợp nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím - Chiết suất thuỷ tinh biến thiên theo màu sắc ánh sáng tăng dần từ màu đỏ đến màu tím (cũng đặc điểm chung chất suốt) - Sự tán sắc ánh sáng phân tách chùm ánh sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc IV Ứng dụng: - Giải thích tượng cầu vồng sắc (phức tạp) - Máy quang phổ lăng kính Bài tập nhà: giải tập 4,5,6 trang 125 SGK (Gợi ý: tham khảo giải loigiaihay.com trang khác) Bài 25 GIAO THOA ÁNH SÁNG I Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng O S D D’ -TN: D’ >D (lỗ O nhỏ D’ lớn so với D) Gặp mép lỗ, ánh sáng khơng cịn truyền thẳng - Hiện tượng truyền sai lệch so với truyền thẳng ánh sáng gặp vật cản gọi tượng nhiễu xạ ánh sáng +Do có nhiễu xạ, chùm sáng qua lỗ O bị loe thêm chút + Hiện tượng nhiễu xạ chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng tương tự sóng nước + Mỗi chùm sáng đơn sắc coi sóng có bước sóng xác định II Hiện tượng giao thoa ánh sáng Thí nghiệm Y-âng (Young) giao thoa ánh sáng M F1 Đ F A O B L F2 K Vân sáng Vân tối - Ánh sáng từ bóng đèn Đ qua khe F bị nhiễu xạ trở thành nguồn sáng - Nguồn sáng F chiếu sáng hai khe F1 F2 giống đặt cách F chừng vài chục cm  M trông thấy hệ vân có nhiều màu - Đặt kính màu K (đỏ) Đ khe F M có dạng vạch sáng đỏ vạch tối xen kẽ, song song cách  hai chùm sáng gặp M có vạch tối chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng: + Vạch tối: hai sóng ánh sáng triệt tiêu + Vạch sáng: hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn - Giải thích: + Hai khe F1, F2 chiếu sáng khe sáng F hai nguồn kết hợp + Hai sóng kết hợp gặp M giao thoa với (M: vùng giao thoa) Kết luận quan trọng: Hiện tượng giao thoa, phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng Vị trí vân sáng (học thuộc cơng thức tính vị trí vân sáng, vân tối, khoảng vân đóng khung) H F1 I a A d1 F2 d2 D x O B M Gọi: * a = F1F2: khoảng cách hai nguồn kết hợp F1, F2 * D = IO: khoảng cách từ hai nguồn (mặt phẳng chứa hai khe F1, F2) tới M * : bước sóng ánh sáng đơn sắc làm thí nghiệm * d1 = F1A d2 = F2A quãng đường hai sóng từ F1, F2 đến điểm A * O: giao điểm đường trung trực F1F2 với * x = OA: khoảng cách từ O đến A 2ax - Hiệu đường đi: d  d1  (xem tính tốn SGK trang 130) d  d1 - Vì thực tế D lớn so với a x nên: d2 + d1  2D (gần đúng) ax D  x  d  d1  D a - Để A vân sáng thì: d2 – d1 = k với k = 0,  1, 2, …  Vị trí vân sáng:  d  d1  xk  k D a Với k: bậc giao thoa  Vị trí vân tối: D xk '  ( k ' ) a với k’ = 0,  1, 2, … (k’ không gọi bậc giao thoa) Khoảng vân a Định nghĩa: khoảng vân i khoảng cách hai vân sáng hai vân tối liên tiếp b Cơng thức tính khoảng vân: i D a c Tại O vân sáng bậc xạ đơn sắc nên vân sáng O vân hay vân trung tâm Ứng dụng: ia - Đo bước sóng ánh sáng Nếu biết i, a, D suy :  D - Mỗi chùm ánh sáng đơn sắc coi sóng có bước sóng xác định III Bước sóng màu sắc Mỗi ánh sáng đơn sắc ứng với bước sóng xác định chân không Mọi ánh sáng đơn sắc khả kiến (mắt người nhìn thấy) có:  = (380  760) nm Ánh sáng trắng Mặt Trời hỗn hợp vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ đến  Nguồn kết hợp - Hai nguồn phát ánh sáng có bước sóng - Hiệu số pha dao động hai nguồn không đổi theo thời gian Bài tập nhà: Bài tập 6,7,8,9,10 trang 132 133 SGK (tự giải tham khảo thêm internet) Bài 26 CÁC LOẠI QUANG PHỔ I Máy quang phổ - Là dụng cụ để phân tích chùm ánh sáng phức tạp thành thành phần đơn sắc - Cấu tạo máy quang phổ lăng kính: phận L2 Ống chuẩn trực (a) L1 K - Gồm TKHT L1, khe hẹp F đặt tiêu điểm L1 P - Khe F chiếu sáng, F có tác dụng nguồn sáng - (a): tạo chùm song song F (a) (b) (c) Hệ tán sắc (b) - Gồm (hoặc 2, 3) lăng kính P - (b): phân tán chùm sáng khỏi (a) thành thành nhiều chùm tia đơn sắc, song song Buồng tối (c) - Là hộp kín ánh sáng, gồm TKHT L2, phim ảnh K đặt mặt phẳng tiêu L2 - Các chùm song song khỏi (b) qua L2 hội tụ điểm khác K, chùm cho ta ảnh thật, đơn sắc khe F K (1 vạch đơn sắc) - Tập hợp vạch quang phổ chụp làm thành quang phổ nguồn qua khe F II Quang phổ phát xạ - Quang phổ phát xạ chất (rắn, lỏng, khí) quang phổ ánh sáng chất phát ra, nung nóng đến nhiệt độ cao - Có loại: a Quang phổ liên tục - Là dải màu có màu từ đỏ đến tím nối liền cách liên tục - Nguồn: chất rắn, lỏng, khí có áp suất lớn phát bị nung nóng - Ở nhiệt độ, chất khác có quang phổ liên tục giống (phụ thuộc nhiệt độ không phụ thuộc chất) b Quang phổ vạch - Là hệ thống vạch sáng riêng lẻ, ngăn cách khoảng tối - Nguồn: chất khí áp suất thấp bị kích thích nhiệt điện - Quang phổ vạch nguyên tố khác khác (số lượng vạch, vị trí độ sáng tỉ đối vạch), nguyên tố hóa học có quang phổ vạch đặc trưng cho nguyên tố III Quang phổ hấp thụ - Là vạch hay đám vạch tối quang phổ liên tục - Các chất rắn, lỏng khí cho quang phổ hấp thụ - Quang phổ hấp thụ chất khí chứa vạch hấp thụ đặc trưng cho chất khí - Quang phổ hấp thụ chất lỏng chất rắn chứa “đám” , “đám” gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp cách liên tục Làm tập: 4,5 trang 137 SGK Bài 27 TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI I Phát tia hồng ngoại tia tử ngoại Mặt Trời M A Đ H Gương F T B A Đỏ Tím B G - Đưa đầu mối hàn cặp nhiệt điện nhạy vào quang phổ: + Vùng từ Đ  T: kim điện kế bị lệch + Đưa khỏi đầu Đ (A): kim điện kế lệch (nhiều Đ) + Đưa khỏi đầu T (B): kim điện kế tiếp tục lệch (ít T) + Thay M bìa có phủ bột huỳnh quang  phần màu tím phần kéo dài quang phổ khỏi màu tím  phát sáng mạnh - Vậy, ngồi quang phổ ánh sáng nhìn thấy được, hai đầu đỏ tím cịn có xạ mà mắt không trông thấy, nhờ mối hàn cặp nhiệt điện bột huỳnh quang phát - Bức xạ điểm A vùng Đ: xạ (hay tia) hồng ngoại - Bức xạ điểm B vùng T: xạ (hay tia) tử ngoại II Bản chất tính chất chung tia hồng ngoại tử ngoại Bản chất - Tia hồng ngoại tia tử ngoại có chất với ánh sáng thông thường, khác chỗ khơng nhìn thấy Tính chất - Chúng tuân theo định luật: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, gây tượng nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng thông thường - Tia hồng ngoại tia tử ngoại sóng điện từ - Tia hồng ngoại có bước sóng lớn bước sóng ánh sáng đỏ, tia tử ngoại có bước sóng nhỏ bước sóng ánh sáng tím III Tia hồng ngoại Cách tạo - Mọi vật có nhiệt độ cao K phát tia hồng ngoại - Vật có nhiệt độ cao mơi trường xung quanh phát xạ hồng ngoại môi trường phân biệt với môi trường - Nguồn phát tia hồng ngoại thơng dụng: đèn dây tóc nhiệt độ thấp (KT), bếp ga, bếp than, điôt hồng ngoại (KT), … Tính chất cơng dụng - Tác dụng nhiệt mạnh  sấy khô, sưởi ấm… - Gây số phản ứng hoá học  chế tạo phim ảnh chụp ảnh hồng ngoại vào ban đêm - Có thể biến điệu sóng điện từ cao tần  điều khiển từ xa dùng hồng ngoại - Trong lĩnh vực quân sự: ống nhòm hồng ngoại, camera hồng ngoại, … IV Tia tử ngoại Nguồn tia tử ngoại - Những vật có nhiệt độ cao (từ 2000oC trở lên) phát tia tử ngoại, nhiệt độ cao phổ tử ngoại kéo dài phía có bước sóng ngắn - Nguồn phát thơng thường: hồ quang điện (>30000C), Mặt Trời (6000 K), đèn thuỷ ngân Tính chất (5 tính chất): - Tác dụng lên phim ảnh - Kích thích phát quang nhiều chất: kẽm sunfua, cađimi sunfua (đèn huỳnh quang) - Kích thích nhiều phản ứng hố học: biến đổi O2 thành O3, tổng hợp vitamin D, tổng hợp hiđro clo - Làm ion hố khơng khí nhiều chất khí khác, tạo hiệu ứng quang điện - Tác dụng sinh học: hủy diệt tế bào da, võng mạc; diệt khuẩn, nấm mốc - Bị nước thủy tinh hấp thụ mạnh, xuyên qua thạch anh Sự hấp thụ - Thủy tinh thông thường hấp thụ mạnh tia tử ngoại - Thạch anh, nước hấp thụ mạnh tia tử ngoại có bước sóng ngắn 200nm, suốt tia 200 nm - Tần ozon hấp thụ hầu hết tia tử ngoại có bước sóng 300nm Cơng dụng - Trong y học: tiệt trùng dụng cụ phẫu thuật, chữa bệnh còi xương - Thực phẩm: tiệt trùng thực phẩm trước đóng gói - CN khí: tìm vết nứt bề mặt vật kim loại (thi) Giải tập 6,7,8,9 trang 142 SGK (tham khảo giải mạng internet) 10 Bài 28 TIA X I Phát tia X - Tia X Rơn – Ghen tình cờ phát vào năm 1895 - Mỗi chùm catôt - tức chùm êlectron có lượng lớn - đập vào vật rắn vật phát tia X II Cách tạo tia X - Dùng ống Cu-lít-giơ ống thuỷ tinh bên chân khơng, có: + Dây nung vonfram FF’ làm nguồn êlectron + Hai điện cực: * Catơt K, kim loại, hình chỏm cầu, êlectron phóng từ FF’ hội tụ vào anơt * Anơt A kim loại có khối lượng nguyên tử lớn điểm nóng chảy cao, làm nguội nước + Hoạt động: hiệu điện A K cỡ vài chục kV, êlectron bay từ FF’ chuyển động điện trường mạnh A K đến đập vào A làm cho A phát tia X III Bản chất tính chất tia X Bản chất - Tia X chất tia tử ngoại, khác tia X có bước sóng nhỏ nhiều - Tia X sóng điện từ, bước sóng từ 10 -11m đến 10-8m Tính chất - Tia X có khả đâm xuyên (gỗ, giấy, vải, mô mềm ) - Tia X có bước sóng ngắn khả đâm xuyên lớn (càng cứng) - Làm đen kính ảnh: chụp điện y tế (thi) - Làm phát quang số chất: platinô – xianua – bari dùng làm mà quan sát chiếu điện (thi) - Làm ion hố khơng khí, tạo tượng quang điện ngồi - Có tác dụng sinh lí: hủy diệt tế bào  Tia X có đủ tính chất tia tử ngoại Công dụng - Chữa trị ung thư nơng - Tìm khuyết tật vật đúc kim loại - Nghiên cứu cấu trúc chất rắn - Kiểm tra hành lí hành khách IV Thang sóng điện từ - Sóng điện từ sóng ánh sáng truyền chân không với tốc độ c (c = 3.10 m/s) - Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia tử ngoại, tia X tia gamma (bước sóng giảm dần theo thứ tự), có chất, sóng điện từ, khác tần số (hay bước sóng) Các sóng tạo thành phổ liên tục gọi thang sóng điện từ - Tồn phổ sóng điện từ, từ sóng dài (hàng chục km) đến sóng ngắn (cỡ 10 -12m đến 10-15m) khám phá sử dụng Giải tập 5, 6, trang 146 SGK (tham khảo giải internet) 11 CHƯƠNG VI: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Bài 30 HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN - THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG I Hiện tượng quang điện Thí nghiệm Héc tượng quang điện (1887) - Gắn Zn (kẽm) tích điện âm: Kim tĩnh điện kế bị lệch góc - - Chiếu ánh sáng hồ quang vào Zn tích điện âm: góc lệch kim giảm Zn   ánh sáng hồ quang làm bật electron khỏi mặt Zn - - Định nghĩa - Hiện tượng ánh sáng làm bật electron khỏi mặt kim loại gọi tượng quang điện (ngoài) Nếu chắn chùm sáng hồ quang thuỷ tinh dày (hấp thụ mạnh tia tử ngoại) tượng khơng xảy  xạ tử ngoại có khả gây tượng quang điện kẽm ánh sáng nhìn thấy II Định luật giới hạn quang điện - Định luật: Đối với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng  ngắn hay giới hạn quang điện 0 kim loại đó, gây tượng quang điện Giới hạn quang điện kim loại đặc trưng riêng kim loại * Lưu ý: Thuyết sóng điện từ ánh sáng khơng giải thích định luật giới hạn quang điện mà giải thích thuyết lượng tử ánh sáng III Thuyết lượng tử ánh sáng Giả thuyết Plăng (Max Planck) (1900) - Lượng lượng mà lần nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hồn tồn xác định hf ; f tần số ánh sáng bị hấp thụ hay phát ra; h số Lượng tử lượng: lượng lượng nói trên, có giá trị ε:   hf Trong đó, h = 6,625.10-34 (J.s) : gọi số Plăng Thuyết lượng tử ánh sáng (1905 Anh-xtanh) – Thuyết Phôtôn a Ánh sáng tạo thành hạt gọi phôtôn b Với ánh sáng đơn sắc có tần số f, phôtôn giống nhau, phôtôn mang lượng hf c Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.10 m/s dọc theo tia sáng d Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng chúng phát hay hấp thụ phôtôn e Phôtôn tồn trạng thái chuyển động Giải thích định luật giới hạn quang điện thuyết lượng tử ánh sáng - Mỗi phơtơn ánh sáng kích thích bị hấp thụ truyền toàn lượng cho electron 12 - Cơng để “thắng” lực liên kết gọi cơng (A), cơng giúp electron thoát khỏi bề mặt kim loại - Để tượng quang điện xảy lượng phơtơn ánh sáng kích thích phải lớn cơng A kim loại đó: hf  A hay h Đặt c  A    hc A hc  0 (giới hạn quang điện kim loại)    0 A IV Lưỡng tính sóng - hạt ánh sang (THCHD) - Ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt + Sóng: phản xạ, nhiễu xạ, khúc xạ, giao thoa… + Hạt: quang điện, quang dẫn, đâm xuyên, … Bài tập: hoàn chỉnh tập 9, 10, 11, 12 13 trang 158 SGK Bài 31 HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG I Chất quang dẫn tượng quang điện Chất quang dẫn - Là chất dẫn điện không bị chiếu sáng trở thành dẫn điện tốt bị chiếu sáng thích hợp - VD: Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe, … Hiện tượng quang điện - Hiện tượng ánh sáng giải phóng electron liên kết để chúng trở thành electron dẫn đồng thời tạo lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện gọi tượng quang điện - Ứng dụng: quang điện trở pin quang điện II Quang điện trở (THCHD) - Là điện trở làm chất quang dẫn - Cấu tạo: sợi dây chất quang dẫn gắn đế cách điện - Điện trở thay đổi từ vài M (không chiếu sáng) vài chục  (được chiếu sáng) III Pin quang điện (THCHD) Là nguồn điện chạy lượng ánh sáng, biến đổi trực tiếp quang thành điện Hiệu suất khoảng 10% Cấu tạo hoạt động: + Lớp chặn g - - - p- - - - - Iqđ Etx ++++++++ n G - a Pin có bán dẫn loại n, bên có phủ lớp mỏng bán dẫn loại p, lớp kim loại 13 mỏng Dưới đế kim loại Các kim loại đóng vai trị điện cực trơ b Giữa p n hình thành lớp tiếp xúc p-n Lớp ngăn không cho e khuếch tán từ n sang p lỗ trống khuyếch tán từ p sang n  gọi lớp chặn c Khi chiếu ánh sáng có   0 gây tượng quang điện Electron qua lớp chặn xuống bán dẫn n, lỗ trống bị giữ lại lớp p Điện cực kim loại mỏng nhiễm điện (+)  điện cực (+), đế kim loại nhiễm điện (-)  điện cực (-) - Suất điện động pin quang điện: 0,5 V  0,8 V Ứng dụng: máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi, tơ máy bay chạy pin quang điện, … Bài 32 HIỆN TƯỢNG QUANG – PHÁT QUANG I Hiện tượng quang - phát quang 1/ Khái niệm phát quang - Hiện tượng quang - phát quang: hấp thụ ánh sáng có bước sóng để phát ánh sáng có bước sóng khác - Chất có khả phát quang gọi chất phát quang (dung dịch fluorxêin, bột phủ thành đèn ống,…) - Đặc điểm phát quang: kéo dài thời gian sau tắt ánh sáng kích thích 2/ Huỳnh quang lân quang - Sự huỳnh quang phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10 -8 s), thường xảy với chất lỏng khí - Sự lân quang phát quang có thời gian phát quang dài (trên 10 -8 s) thường xảy với chất rắn - VD: loại sơn xanh, đỏ, vàng, lục biển giao thông cọc giới (lân quang) II Đặc điểm ánh sáng huỳnh quang (THCHD) - Ánh sáng huỳnh quang có bước sóng dài bước sóng ánh sáng kích thích ( hq  kt ) BÀI 33 MẪU NGUYÊN TỬ BO I Mơ hình hành tinh ngun tử (THCHD) - Năm 1911, Rutherford đề xuất mẫu hành tinh nguyên tử: nguyên tử cấu tạo hạt nhân mang điện tích dương nằm giữa, tập trung phần lớn khối lượng nguyên tử, xung quanh hạt nhân có electron chuyển động theo quỹ đạo tròn elip tương tự hành tinh quay xung quanh Mặt Trời  Tuy nhiên, mẫu chưa giải thích tính bền vững nguyên tử tạo thành quang phổ vạch nguyên tử - Năm 1913, Niels Bohr vận dụng thuyết lượng tử ánh sáng vào hệ thống nguyên tử đề xuất mẫu nguyên tử Bohr (Mẫu hành tinh nguyên tử + hai tiên đề Bohr) II Các tiên đề Bohr (Bo) cấu tạo nguyên tử 1/ Tiên đề trạng thái dừng - Nguyên tử tồn số trạng thái có lượng xác định, gọi trạng thái dừng Khi trạng thái dừng nguyên tử không xạ Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân quỹ đạo có bán kính hồn tồn xác định gọi quỹ đạo dừng - VD: Nguyên tử Hydro, bán kính quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương số nguyên liên tiếp (rn = n2r0 ): Bán kính r0 4r0 9r0 16r0 25r0 36r0 Tên quỹ đạo K L M N O P -11 với r0 = 5,3.10 m (bán kính Bo) 14 Nguyên tử trạng thái dừng có lượng thấp electron gần hạt nhân nhất, trạng thái (bền vững), trạng thái dừng có lượng cao gọi trạng thái kích thích (kém bền) 2/ Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử - Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lượng E n sang trạng thái dừng có lượng thấp Em phát phơtơn có lượng hiệu E n - Em:   hf nm  En  Em Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng E m mà hấp thụ phơtơn có lượng hiệu En - Em chuyển lên trạng thái dừng có lượng cao E n: III Quang phổ phát xạ hấp thụ nguyên tử hydro - Dựa vào tiên đề trạng thái dừng số liệu thực nghiệm quang phổ, xác định lượng electron nguyên tử Hydro trạng thái dừng khác (các mức lượng nguyên tử Hydro E K, EL, EM …) - Khi êlectron chuyển từ mức lượng cao (Ecao) xuống mức lượng thấp (Ethấp) phát phơtơn có lượng hồn toàn xác định: hf = Ecao – Ethấp - Mỗi phơtơn có tần số f ứng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng  = c , tức ứng với vạch quang phổ có màu f định Do quang phổ phát xạ nguyên tử Hydro quang phổ vạch - Ngược lại, nguyên tử Hydro mức lượng Ethấp mà nằm chùm ánh sáng trắng, có tất phơtơn có lượng từ lớn đến nhỏ khác nhau, ngun tử hấp thụ phơtơn có lượng phù hợp  = Ecao – Ethấp để chuyển lên mức lượng Ecao Như sóng ánh sáng đơn sắc bị hấp thụ làm cho quang phổ liên tục xuất vạch tối Do quang phổ hấp thụ nguyên tử Hydro quang phổ vạch P O n=6 n=5 N n=4 M n=3 Pasen * Sơ đồ mức lượng - Dãy Laiman: Nằm vùng tử ngoại ; Ứng với e chuyển từ L H H H H quỹ đạo bên quỹ đạo K Lưu ý: Bước sóng dài LK e chuyển từ L  K ; Bước Banme sóng ngắn K e chuyển từ   K - Dãy Banme: Một phần nằm vùng tử ngoại, phần nằm vùng ánh sáng nhìn thấy Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo L K Vùng ánh sáng nhìn thấy có vạch: Vạch đỏ H ứng với e: M  L Laiman Vạch lam H ứng với e: N  L Vạch chàm H ứng với e: O  L Vạch tím H ứng với e: P  L Lưu ý: Bước sóng dài ML (Vạch đỏ H ) = 32 ; Bước sóng ngắn L e chuyển từ   L - Dãy Pasen: Nằm vùng hồng ngoại Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo M n=2 n=1 BÀI 34 SƠ LƯỢC VỀ LAZE I Cấu tạo hoạt động laze 1/ Laze gì? 15 - Laze nguồn sáng phát chùm sáng cường độ lớn dựa tượng phát xạ cảm ứng - Đặc điểm tia laze: có tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp cao cường độ lớn 2/ Sự phát xạ cảm ứng (đọc thêm) 3/ Cấu tạo laze (đọc thêm) II Một vài ứng dụng laze (THCHD) + Y học: làm dao mổ phẫu thuật tinh vi mắt, mạch máu, sử dụng tác dụng nhiệt tia laze để chữa số bệnh bệnh ngồi da,… + Thơng tin liên lạc: liên lạc vô tuyến (định vị, vệ tinh, điều khiển tàu vũ trụ), truyền tin cáp quang + Công nghiệp: cắt, khoan, tơi, … xác nhiều vật liệu + Trắc địa: đo khoảng cách, tam giác đạc, ngắm đường thẳng, … + Ứng dụng khác: đầu đọc đĩa CD, bút bảng, đồ, thí nghiệm quang học trường phổ thông 16 Chương VII HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Bài 35: TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN I Cấu tạo hạt nhân Điện tích kích thước hạt nhân - Hạt nhân tích điện dương +Ze (Z: STT nguyên tố) - Kích thước hạt nhân nhỏ kích thước nguyên tử khoảng 10  105 lần Cấu tạo hạt nhân - Hạt nhân tạo thành nuclôn gồm: prơtơn (p) mang điện tích +e nơtron (n) không mang điện - Số prôtôn hạt nhân Z (nguyên tử số) - Tổng số nuclôn hạt nhân kí hiệu A (số khối)  Số nơtron hạt nhân N = A – Z Kí hiệu hạt nhân - Kí hiệu hạt nhân: ZA X (X : kí hiệu hóa học ngun tố) - Ví dụ: 12 C; 31 H, … - Kí hiệu dùng cho số hạt sơ cấp: 11 p , 01n , 1 e Đồng vị - Các hạt nhân đồng vị: hạt nhân có số Z khác số A + Ví dụ: Hiđrơ có đồng vị: 11 H; 21 H (hay 21 D) ; 31 H (hay 31 T) + Cacbon có nhiều đồng vị có đồng vị bền 12 C (99,89%) ; 13 C (1,11%) II Khối lượng hạt nhân Đơn vị khối lượng hạt nhân - Hạt nhân có khối lượng lớn so với khối lượng electron - Đơn vị khối lượng nguyên tử (kí hiệu u) có giá trị khối lượng nguyên tử đồng vị 126 C, 12 cụ thể là: u = 1,66055.10-27 kg Khối lượng lượng - Theo Anh-xtanh, vật có khối lượng thì có lượng tương ứng ngược lại - Năng lượng E khối lượng m tương ứng vật tồn đồng thời tỉ lệ với nhau, hệ số tỉ lệ c2: E = mc2 - Năng lượng (tính đơn vị eV) tương ứng với khối lượng 1u xác định: E = uc2 = 931,5 MeV  1u = 931,5 MeV/c2  MeV/c2 coi đơn vị đo khối lượng hạt nhân - Chú ý: + Theo thuyết tương đối, vật có khối lượng m0 trạng thái nghỉ chuyển động với tốc độ v, khối lượng tăng lên thành m với m0 m v2 1 c m0 gọi khối lượng nghỉ m khối lượng động + Năng lượng toàn phần: 17 E = mc2 = m0 c 1 v2 c2 - Năng lượng E0 = m0c2 gọi lượng nghỉ nên hiệu E – E0 = (m - m0)c2 động vật, kí hiệu Wđ _ Bài 36: NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN I Lực hạt nhân - Các nuclôn hạt nhân hút lực mạnh gọi lực hạt nhân - Lực hạt nhân không chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn Lực hạt nhân lớn nhiều so với loại lực khác nên gọi lực tương tác mạnh Lực hạt nhân phát huy tác dụng phạm vi kích thước hạt nhân ( 10-15m) II Năng lượng liên kết hạt nhân Độ hụt khối - Khối lượng hạt nhân nhỏ tổng khối lượng nuclôn tạo thành hạt nhân - Độ chênh lệch khối lượng hạt nhân tổng khối lượng nuclôn tạo thành hạt nhân gọi độ hụt khối (m) hạt nhân: m = Z.mp + (A – Z).mn – mX Năng lượng liên kết Khi nuclôn liên kết với để tạo thành hạt nhân khối lượng giảm nên tỏa lượng, lượng lượng cần cung cấp để phá vỡ hạt nhân thành nuclôn riêng lẽ nên gọi lượng liên kết Wlk: Wlk = m.c2 = (Zmp + (A – Z)mn – mX).c2 Năng lượng liên kết hạt nhân tính tích độ hụt khối hạt nhân với thừa số c2 Năng lượng liên kết riêng W - Năng lượng liên kết riêng hạt nhân lượng tính cho nuclơn hạt nhân: lk A - Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho mức độ bền vững hạt nhân - Hạt nhân bền vững: 50 < A < 95 III Phản ứng hạt nhân Định nghĩa đặc tính - Phản ứng hạt nhân trình biến đổi hạt nhân - Có hai loại: a Phản ứng hạt nhân tự phát: hạt nhân không bền vững tự phân rã thành hạt nhân khác (VD: phóng xạ) b Phản ứng hạt nhân kích thích: hạt nhân tương tác với tạo hạt nhân khác (VD: phân hạch, nhiệt hạch) - Đặc tính: + Biến đổi hạt nhân + Biến đổi nguyên tố + Khơng bảo tồn khối lượng nghỉ Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân (quan trọng) - Bảo tồn điện tích - Bảo tồn số nuclơn (bảo toàn số A) 18 - Bảo toàn lượng toàn phần - Bảo toàn động lượng ** Số hạt nơtron khơng bảo tồn phản ứng hạt nhân Năng lượng phản ứng hạt nhân Gọi mt tổng khối lượng hạt nhân trước phản ứng, m s tổng khối lượng hạt sau phản ứng Nếu mt > ms: khối lượng giảm, phản ứng hạt nhân tỏa lượng Nếu mt < ms: khối lượng tăng, phản ứng hạt nhân thu lượng Năng lượng PƯHN: W = (mt - ms).c2  + W > 0: tỏa lượng + W < 0: thu lượng _ Bài 37: PHĨNG XẠ I Hiện tượng phóng xạ Định nghĩa tượng phóng xạ Phóng xạ trình phân rã tự phát hạt nhân khơng bền vững Q trình phân rã kèm theo tạo hạt kèm theo phát xạ điện từ Hạt nhân tự phân rã gọi hạt nhân mẹ, hạt nhân tạo thành sau phân rã gọi hạt nhân Các dạng phóng xạ a Phóng xạ  A Z X A Z 2 Y  24 He Dạng viết gọn: A Z  X   ZA42Y Tia  dòng hạt nhân 24 He chuyển động với tốc độ cỡ 2.107 m/s Tia  vài cm khơng khí chừng vài m vật rắn b Phóng xạ  A Z X Y  10 e A Z 1 Dạng viết gọn:  A Z  X   Z A1Y A Z X A Z  X   Z A1Y Tia - dòng electron ( 01 e) c Phóng xạ + Y  10 e A Z 1 Dạng viết gọn:  Tia + dòng pơzitron 01 e(có khối lượng khối lượng electron có điện tích +e) Nó phản hạt electron Tia - + chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng, Các tia truyền vài mét khơng khí vài milimet kim loại Trong phóng xạ + cịn xuất hạt nơtrinơ ( 00 ) cịn phóng xạ - xuất phản hạt nơtrinô ( v ) Các nơtrinô phản hạt chúng có khối lượng nhỏ, khơng mang điện chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng Tức phải bổ sung: A X  AY  e  v Z Z 1 1 19 A Z X Y  10 e  00 A Z 1 d Phóng xạ  Một số hạt nhân sau q trình phóng xạ  hay -, + tạo trạng thái kích thích Khi xảy tiếp q trình hạt nhân chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái có lượng thấp phát xạ điện từ , gọi tia  Các tia  qua vài mét bê tơng vài cm chì II Định luật phóng xạ Đặc tính q trình phóng xạ - Có chất q trình biến đổi hạt nhân - Có tính tự phát khơng điều khiển - Là trình ngẫu nhiên Định luật phóng xạ Trong q trình phân rã, số lượng hạt nhân (hay khối lượng) chất phóng xạ giảm theo hàm mũ:  t N(t) = N0.2 T = N0.e-t + N0: Số hạt nhân mẫu phóng xạ tồn vào lúc t = + N: Số hạt nhân mẫu phóng xạ vào thời điểm t ln 0, 693 Với T chu kì bán rã,  số phóng xạ: T = =   Chu kì bán rã Chu kì bán rã T thời gian qua số lượng hạt nhân khối chất phóng xạ ban đầu cịn lại 50% (nghĩa có 50% số lượng hạt nhân khối chất bị phân rã) III Đồng vị phóng xạ nhân tạo Phóng xạ nhân tạo phương pháp nguyên tử đánh dấu Người ta tạo hạt nhân phóng xạ ngun tố X bình thường khơng phải chất phóng xạ theo sơ đồ tổng quát sau : A A1 Z X + 0n  Z X A1 Z X đồng vị phóng xạ X Khi trộn lẫn với hạt nhân bình thường khơng phóng xạ, hạt nhân phóng xạ A1 Z X gọi nguyên tử đánh dấu, cho phép ta khảo sát tồn tại, phân bố, chuyển vận nguyên tố X Phương pháp nguyên tử đánh dấu có nhiều ứng dụng quan trọng sinh học, hóa học, y học, … Đồng vị 14C, đồng hồ Trái Đất Ở tầng cao khí có phản ứng: 14 14 0n + N  C + 1p 14 C đồng vị phóng xạ -, chu kì bán rã 5730 năm Tỉ lệ không đổi, 14 14 C 12 C CO2 khí C chiếm 10-6 % Các loại thực vật hấp thụ CO2 khơng khí, có cacbon thường cacbon phóng xạ Khi lồi thực vật chết, khơng cịn hấp thụ CO2 khơng khí, lượng chất phóng xạ 146 C thực vật chết giảm theo thời gian Tỉ lệ 14 12 C loài thực vật chết giảm so với tỉ lệ khơng khí So C sánh hai tỉ lệ cho phép xác định thời gian từ lúc lồi thực vật chết 20 ... nguyên tử đồng vị 126 C, 12 cụ thể là: u = 1,66055.10 -27 kg Khối lượng lượng - Theo Anh-xtanh, vật có khối lượng thì có lượng tương ứng ngược lại - Năng lượng E khối lượng m tương ứng vật tồn đồng... sinh học, hóa học, y học, … Đồng vị 14C, đồng hồ Trái Đất Ở tầng cao khí có phản ứng: 14 14 0n + N  C + 1p 14 C đồng vị phóng xạ -, chu kì bán rã 5730 năm Tỉ lệ không đổi, 14 14 C 12 C CO2 khí... thực vật hấp thụ CO2 khơng khí, có cacbon thường cacbon phóng xạ Khi lồi thực vật chết, khơng cịn hấp thụ CO2 khơng khí, lượng chất phóng xạ 146 C thực vật chết giảm theo thời gian Tỉ lệ 14 12 C