tài liệu vật lý phần lưỡng tử ánh sáng

PhÇn : Lîng tö ¸nh s¸ng  - TÓM TẮT CHƯƠNG BẢY. I – Hiện tượng quang điện ngoài – Các định luật quang điện. 1. Hiện tượng quang điện ngoài. - Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài. Gọi tắt là hiện tượng quang điện. - Các electron bị bật ra ngoài khi bị chiếu sáng gọi là các quang electron (electron quang điện). 2. Các định luật quang điện. a. Định luât I (định luật về giới hạn quang điện). Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra với những ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng 0 λ , 0 λ được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó: 0 λ λ ≤ . b. Định luật II (định luật về dòng quang điện bảo hòa). Đối với mỗi ánh sáng thích hợp (có 0 λ λ ≤ ), cường độ dòng quang điện bảo hòa tỉ lệ với cường độ của chùm sáng kích thích. c. Định luật III (định luật về động năng cực đại của quang electron). Động năng ban đầu cực đại của các quang electron không phụ thuộc cường độ của chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại. II – Thuyết lượng tử ánh sáng. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng. 1. Thuyết lượng tử (của Plăng). Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định, gọi là lượng tử năng lượng. Lượng tử năng lượng ký hiệu là ε có giá trị bằng: hf ε = trong đó f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay phát ra; còn h là một hằng số gọi là hằng số Plăng, h = 6,625.10 -34 J.s 2. Thuyết lượng tử ánh sáng (của Anh-xtanh). Phôtôn. - Chùm sáng là một chùm hạt, mỗi hạt gọi là một phôtôn (lượng tử ánh sáng). Mỗi photon có năng lượng xá định hf ε = . Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau (và không phụ thuộc vào khoảng cách từ phôtôn đến nguồn sáng), mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf. Cường độ của chùm sáng tỷ lệ với số photon phát ra trong 1 giây. - Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn. - Phôtôn bay với tốc độ c = 3.10 8 m/s dọc theo các tia sáng.Không có phôtôn ở trạng thái nghỉ.  Công thức Anh – xtanh dùng để giải thích các định luật quang điện: 2 0max 1 2 hf A mv ε = = + 3. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng. - Ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt. - Bước sóng càng dài tính sóng càng rõ hơn tính hạt. Bước sóng càng ngắn tính hạt càng rõ hơn tính sóng - Tính hạt:Thể hiện ở hiện tượng quang điện, làm phát quang các chất, đâm xuyên, ion hóa… - Tính sóng:Thể hiện ở hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc… III – Hiện tượng quang điện trong. Quang điện trở và pin quang điện. 1. Hiện tượng quang điện trong. a. Hiện tượng quang điện trong. Hiện tượng ánh sáng có bước sóng thích hợp chiếu vào chất bán dẫn làm giải phóng các êlectron liên kết để chúng trở thành các êletron dẫn đồng thời lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện gọi là hiện tượng quang điện trong. - Năng lượng cần thiết để giải phóng electron trong chất bán dẫn thường nhỏ hơn công thoát A của electron từ mặt kim loại nên giới hạn quang điện của chất bán dẫn thường lớn giới hạn quang điện của kim loại. Giới hạn quang điện của nhiều chất bán dẫn nằm trong vùng ánh sáng hồng ngoại. b. Hiện tượng quang dẫn. - Chất quang dẫn: là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp. - Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng giảm mạnh điện trở suất tức tăng độ dẫn điện của chất bán dẫn khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào. 2. Quang điện trở. Là một điện trở làm bằng chất quang dẫn. Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài mêgaôm khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục ôm khi được chiếu ánh sáng thích hợp. 3. Pin quang điện (pin mặt trời). Là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Hiệu suất trên dưới 10%. Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn.  Cấu tạo: Pin có 1 tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p, trên cùng là một lớp kim loại rất mỏng. Dưới cùng là một đế kim loại. Các kim loại này đóng vai trò các điện cực trơ. Giữa p và n hình thành một lớp tiếp xúc p-n. Lớp này ngăn không cho e khuyếch tán từ n sang p và lỗ trống khuyếch tán từ p sang n → gọi là lớp chặn.  Hoạt động : Khi chiếu ánh sáng có λ ≤ λ 0 sẽ gây ra hiện tượng quang điện trong. Êlectron đi qua lớp chặn xuống bán dẫn n, lỗ trống bị giữ lại → Điện cực kim loại mỏng ở trên nhiễm điện (+) → điện cực(+), còn đế kim loại nhiễm điện (-) → điện cực (-). - Suất điện động của pin quang điện từ 0,5V → 0,8V IV. Mẫu nguyên tử Bo và quang phổ vạch của nguyên tử Hiđrô. 1. Mẫu nguyên tử Bo. a. Tiên đề về trạng thái dừng. - Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định E n , gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ. - Bình thường, nguyên tử chỉ tồn tại ở trạng thái có năng lượng thấp nhất gọi là trạng thái cơ bản. Khi hấp thụ năng lượng thì nguyên tử chuyển lên các trạng thái dừng có mức năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích. Thời gian sống trung bình của các nguyên tử trên trạng thái kích thích rất ngắn chỉ cở 10 -8 s. Sau đó nguyên tử chuyển về các trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn và cuối cùng về trạng thái cơ bản. - Trong các trạng thái dừng của nguyên tử thì các electron chuyển động trên các quỹ đạo tròn có bán kính hoàn toàn xác định, gọi là các quỹ đạo dừng. - Bán kính quỹ đạo dừng thứ n được xác định: 2 0n r n r= Trong đó 0 r gọi là bán kính quỹ đạo Bo – đó là bán kính của electron khi nguyên tử ở trạng thái cơ bản và 11 0 5,3.10r m − = . b. Tiên đề về bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử. - Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng E m sang trạng thái dừng có năng lượng E n nhỏ hơn (với E m > E n ) thì nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu E m – E n : ε mn m n hf E E= = − (f mn : tần số ánh sáng ứng với phôtôn đó). - Ngược lại nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng E n thấp mà hấp thụ 1 phôtôn có năng lượng h.f mn đúng bằng hiệu E m – E n thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng E m lớn hơn. Chú ý: Nếu phôtôn có năng lượng mn hf mà n mn m E hf E< < thì nguyên tử không nhảy lên mức năng lượng nào mà vẫn ở trạng thái dừng ban đầu. 2. Quang phổ vạch của nguyên tử Hiđrô. Gồm nhiều vạch xác định, tách rời nhau (xem hình vẽ). Ở trạng thái bình thường (trạng thái cơ bản) nguyên tử H có năng lượng thấp nhất, electron chuyển động trên quĩ đạo K. Khi được kích thích, các electron chuyển lên các quĩ đạo cao hơn (L, M, N, O, P ). Nguyên tử chỉ tồn tại một thời gian rất bé (10 -8 s) ở trạng thái kích thích sau đó chuyển về mức thấp hơn và phát ra phôtôn tương ứng. - Khi chuyển về mức K tạo nên quang phổ vạch của dãy balmer. - Khi chuyển về mức M: tạo nên quang phổ vạch của dãy Paschen. * Sơ đồ mức năng lượng - Dãy Laiman: Nằm trong vùng tử ngoại. Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo K Lưu ý: Vạch dài nhất λ LK khi e chuyển từ L → K Vạch ngắn nhất λ ∞ K khi e chuyển từ ∞ → K. - Dãy Banme: Một phần nằm trong vùng tử ngoại, một phần nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo L Vùng ánh sáng nhìn thấy có 4 vạch: Vạch đỏ H α ứng với e: M → L Vạch lam H β ứng với e: N → L Vạch chàm H γ ứng với e: O → L Vạch tím H δ ứng với e: P → L Lưu ý: Vạch dài nhất λ ML (Vạch đỏ H α ) Vạch ngắn nhất λ ∞ L khi e chuyển từ ∞ → L. - Dãy Pasen: Nằm trong vùng hồng ngoại. Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo M Lưu ý: Vạch dài nhất λ NM khi e chuyển từ N → M. Vạch ngắn nhất λ ∞ M khi e chuyển từ ∞ → M. V. Hấp thụ và phản xạ lọc lựa ánh sáng. Màu sắc các vật. 1. Hấp thụ ánh sáng. - Hiện tượng môi trường vật chất làm giảm cường độ của chùm sáng truyền qua nó gọi là hiện tượng hấp thụ ánh sáng.  Định luật về sự hấp thụ ánh sáng: Cường độ I của chùm sáng đơn sắc khi truyền qua môi trường hấp thụ, giảm theo định luật hàm số mũ của độ dài của đường đi của tia sáng: 0 d I I e α − = Với I 0 là cường độ của chùm sáng tới môi trường, α là hệ số hấp thụ của môi trường.  Hấp thụ lọc lựa: Ánh sáng có bước sóng khác nhau thì bị môi trường hấp thụ nhiều hay ít khác nhau. Nói cách khác sự hấp thụ của ánh sáng của một môi trường có tính chọn lọc - Những chất hầu như không hấp thụ ánh sáng trong miền nào của quang phổ được gọi gần trong suốt với miền quang phổ đó. - Những vật không hấp thụ ánh sáng trong miền nhìn thấy của quang phổ được gọi là vật trong suốt không màu. Những vật hấp thụ hoàn toàn ánh sáng nhìn thấy thì có màu đen. 2. Phản xạ (hoặc tán xạ) lọc lựa. Màu sắc các vật. - mt s vt, kh nng phn x (hoc tỏn x) ỏnh sỏng mn yu khỏc nhau ph thuc vo bc súng ca ỏnh sỏng ti. ú l phn x (hoc tỏn x) lc la. - Mu sc cỏc vt ph thuc vo vt liu cu to ca vt v mu sc ca ỏnh sỏng ri vo nú. VI. S phỏt quang. S lc v Laze. 1. Hin tng phỏt quang. - Cú mt s cht ( th rn, lng hoc khớ) khi hp th nng lng di mt dng no ú thỡ cú kh nng phỏt ra cỏc bc x in t trong min nhỡn thy. Cỏc hin tng ú gi l s phỏt quang. - Mi cht phỏt quang cú mt quang ph c trng cho nú; sau khi ngng kớch thớch, s phỏt quang ca mt s cht cũn tip tc kộo di thờm mt khong thi gian no ú ri mi ngng hn. Khong thi gian t lỳc ngng kớch thớch n lỳc ngng phỏt quang gi l thi gian phỏt quang. - Tựy theo thi gian phỏt quang ngi ta chia lm 2 loi phỏt quang: + Hunh quang: l s phỏt quang cú thi gian phỏt quang ngn (di 10 -8 s), ngha l ỏnh sỏng phỏt quang hu nh tt ngay sau khi tt ỏnh sỏng kớch thớch. Nú thng xy ra vi cht lng v cht khớ. + Lõn quang: L s phỏt quang cú thi gian phỏt quang di (10 -8 s tr lờn). Nú thng xy ra vi cht rn. Cỏc cht rn phỏt quang loi ny gi l cht lõn quang. nh lut Xtc v s phỏt quang: ỏnh sỏng phỏt quang cú bc súng ' di hn bc súng ca ỏnh sỏng kớch thớch : ' > . ng dng: cỏc loi hin tng phỏt quang cú rt nhiu ng dng trong khoa hc, k thut v i sng nh s dng trong cỏc ốn ng thp sỏng, trong cỏc ốn mn hỡnh ca dao ng ký in t, ca tivi, mỏy tớnh, s dng sn phỏt quang quột lờn cỏc bin bỏo giao thụng. 2. S lc v Laze. a. S phỏt x cm ng. - Nu mt nguyờn t ang trng thỏi kớch thớch, sn sng phỏt ra mt phụtụn cú nng lng hf = , bt gp mt phụtụn cú nng lng ' ỳng bng hf bay lt qua nú, thỡ lp tc nguyờn t ny cng phỏt ra photon cú cựng nng lng v bay cựng phng vi phụtụn ' . - Súng in t ng vi phụtụn hon ton cựng pha v dao ng trong mt mt phng song song vi mt phng dao ng ca súng in t ng vi phụtụn ' . b. Laze v c im. - Laze l mt ngun phỏt ra mt chựm sỏng cng ln da trờn vic ng dng ca hin tng phỏt x cm ng. - c im: - Tớnh n sc rt cao - L chựm sỏng kt hp - Cú tớnh nh hng cao. - Cú cng ln. c. Cỏc loi laze. - Laze khớ, nh laze He Ne, laze CO 2 . - Laze rn, nh laze rubi. - Laze bỏn dn, nh laze Ga Al As. Laze bỏn dn l loi Laze s dng ph bin hin nay. d. Mt vi ng dng ca laze. - Thụng tin liờn lc: s dng trong vụ tuyn nh v, liờn lc v tinh, truyn tin bng cỏp quang - Y hc: dao m trong phu thut mt, cha bnh ngoi da (nh tỏc dng nhit) - Dựng trong cỏc u c a CD, bỳt tr bng, - Dựng khoan, ct, tụi chớnh xỏc cỏc vt liu cụng nghip. Chuyên đề 58: Xác định các đại lợng đặc trng 0 , A, max0 v , bh I , h U . Năng lợng photon. A. Túm tt lý thuyt v cụng thc: áp dụng các công thức liên quan đến hiện tợng quang điện: - Nng lng ca photon: 2 cm hc hf ph === - ng lng ca photon: c h cmp ph === , m ph l khi lng tng i tớnh ca photon. - Giới hạn quang điện: 0 hc A = - Phơng trình Anhxtanh: 2 0 1 2 max hf A mv = + - Bc x n sc (bc súng ) c phỏt ra v nng lng ca mi xung l E thỡ s photon phỏt ra trong mi giõy bng: hc E hf EE n === - Vn tc ban u cc i: m hc v = 0 max0 11 2 (trong ú 25 10.9875,1 =hc ) - Điện áp hãm: 2 1 2 omax h mv eU = - Vt dn c chiu sỏng: max 2 max0 2 1 Vemv = ( max V l in th cc i ca vt dn khi b chiu sỏng) - Nu in trng cn l u cú cng E v electron bay dc theo ng sc in thỡ: max 2 max0 2 1 Edemv = ( max d l quóng ng ti a m electron cú th ri xa c Catot. Chỳ ý: Nu chiu vo Catụt ng thi 2 bc x 1 , 2 thỡ hin tng quang in xy ra i vi bc x cú bc súng bộ hn 0 ( ) 0 ff > . Nu c 2 bc x cựng gõy ra hin tng quang in thỡ ta tớnh toỏn vi bc x cú bc súng bộ hn. B. Bi tp cú hng dn: Vớ d 1: Catt ca mt t bo quang in cú cụng thoỏt bng 3,5eV. a. Tỡm tn s gii hn v gii hn quang in ca kim loi y. b. Khi chiu vo catt mt bc x cú bc súng 250 nm - Tỡm hiu in th gia A v K dũng quang in bng 0. - Tỡm ng nng ban u cc i ca cỏc ờlectron quang in. - Tỡm vn tc ca cỏc ờlectron quang in khi bt ra khi K. Hng dn gii: a. Tn s gii hn quang in: f = c/ 0 = A/h = 3,5.1,6.10 -19 /(6,625.10 -34 ) = 0,845.10 15 Hz. Gii hn quang in: o = hc/A = 6,625.10 -34 .3.10 8 /3,5.1,6.10 -19 = 3,55.10 -7 m. b. dũng quang in trit tiờu thỡ cụng ca in trng phi trit tiờu c ng nng ban u cc i ca ờlectron quang in. 2 2 34 8 19 0 0 19 8 1 1 6,625.10 .3.10 ( ) ( 3,5.1,6.10 ) 2 2. 1,6.10 25.10 h h mv mv hc eU U A e e λ − − − − = ⇒ = = − = − − U h = - 1,47 V Động năng ban đầu cực đại 2 0 1,47 2 h mv eU eV= = = 2,352.10 -19 J. W đ =       −=         λ − λ = −− − 88 834 0 2 0 10.5,35 1 10.25 1 10.3.10.625,6 11 hc 2 mv =0,235.10 -18 J Vận tốc của êlectron 5 31 18 0 10.19,7 10.1,9 10.235,0.2 2 === − − m W v đ m/s. Ví dụ 2: Khi chiếu bức xạ có bước sóng 0,4 µm vào catốt của một tế bào quang điện, muốn triệt tiêu dòng quang điện thì hiệu điện thế giữa A và K bằng -1,25V. a. Tìm vận tốc ban đầu cực đại của các e quang điện. b. Tìm công thoát của các e của kim loại làm catốt đó (tính ra eV). Hướng dẫn giải: a. 31 19 0 2 max0 10.1,9 25,1.10.6,1.2 2 || 2 − − ==⇒= m eU veU mv h h = 0,663.10 6 m/s. b. Công thoát: ( ) 34 8 2 2 31 6 0max 6 1 6,625.10 .3.10 1 .9,1.10 . 0,663.10 2 0,4.10 2 hc A mv λ − − − = − = − = eVJ 855,110.97,2 19 == − . Ví dụ 3: Công thoát của vônfram là 4,5 eV a. Tính giới hạn quang điện của vônfram. b. Chiếu vào tấm vônfram một bức xạ có bước sóng λ thì động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện là 3,6.10 -19 J. Tính λ. c. Chiếu vào tấm vônfram một bức xạ có bước sóng λ’. Muốn triệt tiêu dòng quang điện thì phải cần một hiệu điện thế hãm 1,5V. Tính λ’? Hướng dẫn giải: a. 276,0 10.6,1.5,4 10.3.10.625,6 A hc 19 834 0 ===λ − − µm. b. 34 8 19 19 6,625.10 .3.10 0,184 4,5.1,6.10 3,6.10 đ đ hc hc A W A W λ λ − − − = + ⇒ = = = + + µm. c. ( ) ( ) 34 8 19 19 6,625.10 .3.10 ' 0,207 ' 4,5.1,6.10 1,5 . 1,6.10 h h hc hc A eU A eU λ λ − − − = + ⇒ = = = + + − − µm. Ví dụ 4: Công tối thiểu để bức một êlectron ra khỏi bề mặt một tấm kim loại của một tế bào quang điện là 1,88eV. Khi chiếu một bức xạ có bước sóng 0,489 µm thì dòng quang điện bão hòa đo được là 0,26mA. a. Tính số êlectron tách ra khỏi catốt trong 1 phút. b. Tính hiệu điện thế hãm để triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện. Hướng dẫn giải: a. I bh = n e = 26.10 -5 A. (n là số êlectron tách ra khỏi catốt trong 1s). n = 14 19 5 10.25,16 10.6,1 10.26 = − − ; Số êlectron tách ra khỏi K trong 1 phút: N=60n = 975.10 14 . b. eVeVA hc mv eU h 66,088,154,288,1 10.6,1.10.489,0 10.3.10.625,6 2 196 834 2 0 =−=−=−== −− − λ Hiệu điện thế hãm U h = – 0,66V. Ví dụ 5: Catốt của tế bào quang điện làm bằng xêdi (Cs) có giới hạn quang điện λ 0 =0,66µm. Chiếu vào catốt bức xạ tử ngoại có bước sóng λ =0,33 µm. Hiệu điện thế hãm U AK cần đặt giữa anôt và catôt để triệt tiêu dòng quang điện là bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Để triệt tiêu dòng quang điện, công của lực điện trường phải triệt tiêu được động năng ban đầu cực đại của quang êlectron (không có một êlectron nào có thể đến được anôt) ( ) ( ) 2 34 8 0max 6 19 0 0 0 6,625.10 .3.10 1,88 2 0,66.10 . 1,6.10 AK AK mv hc hc hc hc eU U V e λ λ λ λ − − − = = − = ⇒ = = − = − − Như vậy để triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện thì: U AK ≤ –1,88V. Ví dụ 6: Khi chiếu lần lượt hai bức xạ có bước sóng 0,25 µm và 0,3 µm vào một tấm kim loại thì vận tốc ban đầu cực đại của các êlectron quang điện lần lượt là 7,31.10 5 m/s và 4,93.10 5 m/s. a. Tính khối lượng của các êlectron. b. Tính giới hạn quang điện của tấm kim loại. Hướng dẫn giải: a. 2 mv A hc 2 max01 1 += λ ; 2 mv A hc 2 max02 2 += λ ) 2 v 2 v (m 11 hc 2 max02 2 max01 21 −=         λ − λ ⇒         − − =         − − = −− − 661010 834 21 2 max02 2 max01 10.3,0 1 10.25,0 1 10.3049,2410.4361,53 10.3.10.625,6.2112 λλ vv hc m m= 1,3645.10 -36 .0,667.10 6 = 9,1.10 -31 kg. b. Giới hạn quang điện: ( ) J mv hc A mv A hc 19 2 531 6 834 2 max01 1 2 max01 1 10.52,5 2 10.31,7.10.1,9 10.25,0 10.3.10.625,6 2 2 − − − − =−=−=⇒+= λλ mm A hc µλ 36,010.6,3 10.52,5 10.3.10.625,6 7 19 834 0 ==== − − − Ví dụ 7: a. Khi một chất bị kích thích và phát ra ánh sáng đơn sắc màu tím có bước sóng 0,4 µm thì năng lượng của mỗi phôtôn phát ra có giá trị là bao nhiêu? Biết h =6,625.10 -34 Js; c =3.10 8 m/s. b. Đối với nguyên tử hiđrô, khi êlectron chuyển từ quỹ đạo M về quỹ đạo K thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng 0,1026 μm. Lấy h = 6,625.10 -34 J.s, e = 1,6.10 -19 C và c = 3.10 8 m/s. Năng lượng của phôtôn này bằng bao nhiêu? Nếu photon này truyền vào nước có chiết suất 3 4 =n thì năng lượng của nó thay đổi thế nào? Hướng dẫn giải: a. Năng lượng của photon tương ứng: 19 6 834 min 10.97,4 10.4,0 10.3.10.625,6hc − − − == λ =ε J. b. Năng lượng của photon tương ứng: 34 8 19 6 19 6,625.10 .3.10 12,1 .1,6.10 0,1026.10 .1,6.10 hc ε λ − − − − = = = eV Tần số của ánh sáng sẽ không thay đổi khi truyền qua các môi trường khác nhau nên năng lượng của nó cũng không thay đổi khi truyền từ không khí vào nước. Ví dụ 8: Công thoát êlectron của một kim loại là 7,64.10 -19 J. Chiếu lần lượt vào bề mặt tấm kim loại này các bức xạ có bước sóng là λ 1 = 0,18 μ m, λ 2 = 0,21 μ m và λ 3 = 0,35 μ m . Lấy h = 6,625.10 -34 J.s, c = 3.10 8 m/s. a. Bức xạ nào gây được hiện tượng quang điện đối với kim loại đó? b. Tính động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện. c. Tính độ lớn của điện áp để triệt tiêu dòng quang điện trên. Hướng dẫn giải: a. Giới hạn quang điện : 34 8 0 19 6,625.10 .3.10 0,26 7,64.10 hc m A λ µ − − = = = Ta có : λ 1 , λ 2 < λ 0 ; vậy cả hai bức xạ đó đều gây ra hiện tượng quang điện cho kim loại đó. b. λ 1 , λ 2 gây ra hiện tượng quang điện, chúng ta hãy tính toán cho bức xạ có năng lượng của photon lớn hơn (bức xạ 1 λ ) b. Theo công thức Einstein : max0 1 đ WA hc += λ ⇒ JA hc W đ 1919 6 834 1 max0 10.4,310.64,7 10.18,0 10.3.10.625,6 −− − − =−=−= λ Mặt khác : smsm m W vmvW đ đ /10.65,8/864650 10.1,9 10.4,3.2 .2 2 1 5 31 19 max0 max0 2 max0max0 ≈===⇒= − − c. Độ lớn điện áp để triệt tiêu dòng quang điện : V e W UUeW đ hhđ 125,2 10.6,1 10.4,3 19 19 max0 max0 ===⇒= − − Ví dụ 9: Nguồn Laser mạnh phát ra những xung bức xạ có năng lượng JE 3000= . Bức xạ phát ra có bước sóng nm480= λ . Tính số photon trong mỗi bức xạ đó? Hướng dẫn giải: Gọi số photon trong mỗi xung là n . Năng lượng của mỗi xung Laser: ε nE = ( ε là năng lượng của một photon) 21 834 9 10.25,7 10.3.10.625,6 10.480.3000 ====⇒ − − hc EE n λ ε photon Ví dụ 10: Thực hiện tính toán để trả lời các câu hỏi sau: a. Electron phải có vận tốc bằng bao nhiêu để động năng của nó bằng năng lượng của một photon ánh sáng có bước sóng 0 5200A= λ ? b. Năng lượng của photon phải bằng bao nhiêu để khối lượng của nó bằng năng lượng nghỉ của electron? Cho khối lượng nghỉ của electron là kgm e 31 10.1,9 − = . Hướng dẫn giải: a. Theo bài ra: λ hc W eđ = λ hc vm e =⇔ 2 2 1 sm m hc v e /10.17,9 10.5200.10.1,9 10.3.10.625,6.22 5 1031 834 ===⇒ −− − λ b. Năng lượng của photon: 2 cmE ph = Khối lượng của electron bằng khối lượng nghỉ của electron ( ) eph mm = nên: ( ) MeVJcmE e 51,010.19,810.3.10.1,9 14 2 8312 ==== −− Ví dụ 11: Cho công thoát của đồng bằng 4,47eV. a. Tính giới hạn quang điện của đồng? b. Chiếu bức xạ có bước sóng m µλ 14,0= vào quả cầu bằng đồng đặt xa các vật khác thì quả cầu được tích đến điện thế cực đại bằng bao nhiêu? Tính vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện ? c. Chiếu bức xạ điện từ vào quả cầu bằng đồng đặt xa các vật khác thì quả cầu được tích đến điện thế cực đại VV 3 max = . Tính bước song của bức xạ đó và vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện trong trường hợp này? Hướng dẫn giải: a. nmm A hc 27810.278 9 0 === − λ b. Theo công thức Einstein: 2 max0 2 1 mvA hc += λ Mà điện thế cực đại của vật tính theo công thức: max 2 max0 2 1 Vemv = ⇒ →+= max VeA hc λ V e A hc V 4,4 10.6,1 10.6,1.47,4 10.14,0 10.3.10.625,6 19 19 6 834 max = − = − = − − − − λ Lại có: max 2 max0 2 1 Vemv = → sm m Ve v /10.244,1 10.1,9 4,4.10.6,1.2 .2 6 31 19 max max0 === − − c. Tương tự câu b: →+= ' max VeA hc λ nmm VeA hc 16610.166 9 ' max == + = − λ ' max 2 max0 2 1 Vemv = → sm m Ve v /10.03,1 .2 6 ' max ' max0 == C. Câu hỏi và bài tập tự luyện tập: 2604. Catốt của tế bào quang điện làm bằng Cs có λ 0 = 0,6 µm. Cho khối lương êlectron là m = 9,1.10 -31 kg, điện tích êlectron là e = 1,6.10 -19 C; hằng số Plăng là h = 6,625.10 -34 Js, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.10 8 m/s. Chiếu vào catốt bức xạ có bước sóng λ = 0,33 µm Để triệt tiêu dòng quang điện U AK phải thoả mãn: A. U AK ≤ - 1,70V. B. U AK ≤ - 2,04V. C. U AK ≤ - 1,16V. D. U AK ≤ - 2,35V. 2605. Chiếu tia tử ngoại có bước sóng 0,25 µm vào catốt của tế bào quang điện phủ Na có giới hạn quang điện 0,5µm . Cho hằng số Plăng là h = 6,625.10 -34 Js, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.10 8 m/s. Động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện là A. 2,75.10 -19 J.B. 3,97. 10 -19 J. C. 4,15. 10 -19 J. D. 3,18. 10 -19 J. 2606. Năng lượng của photon ứng với ánh sáng tím có λ = 0,41μm là: A. 4,85.10 -19 J B. 4,85.10 -25 J C. 3,03ev D. Avà C đều đúng 2607. Khi chiếu 2 ánh sáng có tần số f 1 = 10 15 Hz và f 2 = 1,5.10 15 Hz vào một kim loại làm katốt thì tỉ số các động năng ban đầu cực đại các electron quang điện là bằng 3. Tần số giới hạn của kim loại dó là A. 10 15 Hz B. 1,5.10 15 Hz C. 7,5.10 14 Hz D. Giá trị kháác 2608. Giới hạn quang điện của Natri là 0,5μm thì công thoát của electron khỏi bề mặt kim loại là A. 3,97.10 -19 J B. 0,25.10 -19 J C. 4,42.10 -19 J D. Giá trị khác Dùng bài này để trả lời các câu 2609, 2610, 2611: Chiếu một bức xạ có bước sóng 0,18 m λ µ = vào bản âm của một tế bào quang điện. Kim loại dùng làm âm cực có giới hạn quang điện là 0 0,3 m λ µ = 2609. Tìm công thoát của điện tử bứt ra khỏi kim loại A. 19 0,6625.10 − (J) B. 49 6,625.10 − (J) C. 19 6,625.10 − (J) D. 49 0,6625.10 − (J) 2610. Tìm vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron A. 5 0,0985.10 m/s B. 5 0,985.10 m/s C. 5 9,85.10 m/s D. 5 98,5.10 m/s 2611. Để triệt tiêu dòng quang điện ta phải đặt vào anod và catod một hiệu điện thế hãm U h bằng bao nhiêu? A. 2,76V B. -27,6V C. -2,76V D. -0,276V 2612. Biết giới hạn quang điện của một kim loại là 0,36 m µ . Tính công thóat electron. Cho h = 34 6,625.10 − Js; c = 8 3.10 m/s A. 19 5,52.10 − J B. 19 55,2.10 − J C. 19 0,552.10 − J D. 19 552.10 − J 2613. Giới hạn quang điện kẽm là 0,36 m µ , công thoát của kẽm lớn hơn của natri là 1,4 lần. Tìm giới hạn quang điện của natri A. 0,504m B. 0,504mm C. 0,504 m µ D. 5,04 m µ 2614. Chiếu chùm sáng có bước sóng 0 4000 A λ = vào tế bào quang điện. Tìm hiệu điện thế hãm, biết công thoát của kim loại làm catod là 2eV A. U h = -1,1V B. U h = -11V C. U h = -0,11V D. U h = 1,1V Đề bài này dùng để trả lời các câu 2615, 2616, 2617: Catod của một tế bào quang điện có công thoát A = 3,5eV. Cho h = 34 6,625.10 − Js; m = 31 9,1.10 − kg; =e 19 1,6.10 − C 2615. Tính giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catod A. 355 m µ B. 35,5 m µ C. 3,55 m µ D. 0,355 m µ 2616. Tìm vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện bật ra khỏi catod khi được chiếu sáng bằng bức xạ có bước sóng 0,25 m λ µ = A. 5 0,718.10 /m s B. 5 7,18.10 /m s C. 5 71,8.10 /m s D. 5 0,0718.10 /m s 2617. Tìm hiệu điện thế cần phải đặt giữa anod và catod để làm triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện A. -0,146V B. 1,46V C. -14,6V D. -1,46V Đề bài này dùng để trả lời các câu 2618, 2619, 2620: Công thoát của electron khỏi đồng là 4,47eV. Cho h = 34 6,625.10 − Js; c = 8 3.10 m/s; m e = 31 9,1.10 − kg; e = 19 1,6.10 − C 2618. Tính giới hạn quang điện của đồng A. 0,278 m µ B. 2,78 m µ C. 0,287 m µ D. 2,87 m µ 2619. Khi chiếu bức xạ điện từ có bước sóng 0,14 m λ µ = vào một quả cầu bằng đồng đặt xa các vật khác thì quả cầu được tích điện đến điện thế cực đại. Khi đó vận tốc cực đại của quang electron là bao nhiêu? A. 6 1,24.10 m/s B. 6 12,4.10 m/s C. 6 0,142.10 m/s D. 6 1,42.10 m/s 2620. Chiếu một bức xạ điện từ vào một quả cầu bằng đồng đật xa các vật khác thì quả cầu đạt được điện thế cực đại 3V. Hãy tính bước sóng của bức xạ và vận tốc ban đầu cực đại của quang electron? A. 7 6 0 ax 1,66.10 ; 1,03.10 / m v m s λ − = = B. 7 6 0 ax 16,6.10 ; 1,03.10 / m v m s λ − = = C. 7 6 0 ax 1,66.10 ; 10,3.10 / m v m s λ − = = D. 7 6 0 ax 16,6.10 ; 10,3.10 / m v m s λ − = = 2621. Chiếu một bức xạ có bước sóng 0,450 m λ µ = vào bề mặt catod của một tế bào quang điện ta được dòng quang điện bão hòa có cường độ i. Có thể làm triệt tiêu dòng quang điện này bằng một hiệu điện thế hãm U h = 1,26V. Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện cho e = 19 1,6.10 − C; m = 31 9,1.10 − kg A. 6 0,0666.10 /m s B. 6 0,666.10 /m s C. 6 6,66.10 /m s D. 6 66,6.10 /m s 2622. Giới hạn quang điện của Rubi là 0 0,81 m λ µ = . Xác định vận tốc cực đại của các electron quang điện khi chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,40 m λ µ = vào Rubi: A. 0,744.10 5 m/s B. 7,44.10 5 m/s c. 0,474.10 5 m/s D. 4,74.10 5 m/s 2623. Năng lượng tối thiểu đẻ bức một electron ra khỏi mặt một kim loại Cêsi là 1,88eV. Dùng tấm kim loại đó để làm catốt của một tế bào quang điện. chiếu vào tấm kim loại ấy 1 ánh sáng có bước sóng 0,489 m λ µ = thì có dòng quang điện chạy qua tế bào quang điện. Để triệt tiêu dòng quang điện trên ta phải đặt vào giữa anốt và catốt một hiệu điện thế hãm bằng bao nhiêu: [...]... lượng tử ánh sáng ? A.Những ngun tử hay phân tử vật chất khơng hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà theo từng phần riêng biệt,đứt qng B.Chùm ánh sáng là dòng hạt,mỗi hạt gọi là một phơtơn C.Năng lượng của các phơtơn ánh sáng là như nhau,khơng phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng D.Khi ánh sáng truyền đi,các lượng tử ánh sáng khơng bị thay đổi,khơng phụ thuộc khoảng cách tới nguồn sáng 2828... Chiếu ánh sáng vào catơt, chùm ánh sáng khơng gây ra hiện tượng quang điện khi là A tia gamma B tia Rơn-ghen C tia hồng ngoại D ánh sáng tử ngoại 2797 Ánh sáng Mặt Trời chiếu vào mặt hồ nước làm nước hồ nóng lên Đó là do: A Hiện tượng phản xạ ánh sáng B Hiện tượng khúc xạ ánh sáng C Hiện tượng hấp thụ ánh sáng D Hiện tượng tán sắc ánh sáng 2798 Chọn câu đúng: Tấm kính đỏ A hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ... Một phần nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy, một phần nằm trong vùng tử ngoại 2807 Các vạch trong dãy Banme thuộc vùng nào trong các vùng sau? A Vùng ánh sáng nhìn thấy B Vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng tử ngoại C Vùng tử ngoại D Vùng hồng ngoại 2808 Các vạch trong dãy Pasen thuộc vùng nào trong các vùng sau? A Vùng hồng ngoại B Vùng ánh sáng nhìn thấy C Vùng tử ngoại D Một phần nằm trong vùng ánh sáng. .. với một vật đã bị nhiễm điện khác D Hiện tượng electron bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại do bầt kì ngun nhân nào khác 2776 Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về lượng tử ánh sáng? A Những ngun tử hay phân tử vật chất khơng hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà theo từng phần riêng biệt, đứt qng B Chùm ánh sáng là dòng hạt, mỗi hạt gọi là một photon C Năng lượng của các photon ánh sáng là... hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện D Hiện tượng quang điện bên trong khi xảy ra trong khối bán dẫn sẽ làm điện trở suất của khối chất bán dẫn đó giảm 2783 Câu nào diễn đạt nội dung của thuyết lượng tử? A Mỗi ngun tử hay phân tử chỉ bức xạ năng lượng một lần B Vật chất có cấu tạo rời rạc bởi các ngun tử hay phân tử C Mỗi ngun tử hay phân tử chỉ bức xạ được một loại lượng tử D Mỗi lần ngun tử hay phân tử. .. của các trạng thái dừng 2804 Nội dung của tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của ngun tử được thể hiện trong các câu nào sau đây? A Ngun tử phát ra một photon mỗi lần bức xạ ánh sáng B Ngun tử thu nhận mơt photon mỗi lần hấp thụ ánh sáng C Ngun tử phát ra ánh sáng nào có thể hấp thụ ánh sáng đó D Ngun tử chỉ có thể chuyển giữa các trạng thái dừng Mỗi lần chuyển, nó bức xạ hay hấp thụ một photon... vùng có ánh sáng khác nhau B Vạch có bước sóng dài nhất của dãy Laiman có thể nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy C Vạch có bước sóng ngắn nhất của dãy Banme có thể nằm trong vùng ánh sáng tử ngoại D Vạch có bước sóng dài nhất của dãy Banme có thể nằm trong vùng ánh sáng hồng ngoại 2806 Các vạch trong dãy Laiman thuộc vùng nào trong các vùng sau? A Vùng hồng ngoại B Vùng ánh sáng nhìn thấy C Vùng tử ngoại... dòng điện D Lượng tử bức xạ 2773 Chọn câu đúng: Nhận định nào dưới đây chứa đựng nội dung các quan điểm hiện đại khi nói về bản chất của ánh sáng A Ánh sáng là sóng điện từ có bước sóng nằm trong giới hạn từ 0,38µm đến 0,76 µm B Ánh sáng là chùm hạt được phát ra từ nguồn sáng và truyền đi theo đướng thẳng với tốc độ lớn C Sự chiếu sáng chính là q trình truyền năng lượng bằng những phần nhỏ xác định,... kính đỏ A hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ B hấp thụ ít ánh sáng đỏ C khơng hấp thụ ánh sáng xanh D hấp thụ ít ánh sáng xanh 2799 Mẫu ngun tử Bo khác mẫu ngun tử Rơdơpho ở điểm nào sau đây? A Mơ hình ngun tử có hạt nhân B Hình dạng quỹ đạo của electron C Biểu thức của lực hút giữa hạt nhân và electron D Trạng thái có năng lượng ổn định 2800 Trong quang phổ của ngun tử hiđro, các vạch trong dãy Laiman được tạo... êlectrơn quang điện A khơng phụ thuộc vào cường độ của chùm ánh sáng kích thích B tỉ lệ thuận với cường độ của chùm ánh sáng kích thích C tỉ lệ nghịch với cường độ của chùm ánh sáng kích thích D tỉ lệ thuận với bình phương cường độ của chùm ánh sáng kích thích 2817 Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về quang phổ của ngun tử hyđrơ? A Quang phổ của ngun tử hyđrơ là quang phổ liên tục B Các vạch trong quang . của chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại. II – Thuyết lượng tử ánh sáng. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng. 1. Thuyết lượng tử (của Plăng). . Thuyết lượng tử ánh sáng (của Anh-xtanh). Phôtôn. - Chùm sáng là một chùm hạt, mỗi hạt gọi là một phôtôn (lượng tử ánh sáng) . Mỗi photon có năng lượng xá định hf ε = . Với mỗi ánh sáng đơn sắc. phản xạ lọc lựa ánh sáng. Màu sắc các vật. 1. Hấp thụ ánh sáng. - Hiện tượng môi trường vật chất làm giảm cường độ của chùm sáng truyền qua nó gọi là hiện tượng hấp thụ ánh sáng.  Định luật