Giáo án Vật lý 12 nâng cao - LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1. Hiện tượng quang điện: - Khi chiếu một chùm ánh sáng thích hợp (có bước sóng ngắn) vào môt tấm kim loại thì nó làm cho các electron ở bề mặt kim loại đó bật ra. Đó là hiện tượng quang điện. Các electron bị bật ra gọi là các electron quang điện (quang electron) 2. Các định luật quang điện: a) Định luật quang điện thứ nhất: Đối với mỗi kim loại dùng làm catốt có một bước sóng giới hạn o nhất định, gọi là giới hạn quang điện. HTQĐ chỉ xảy ra khi bước sóng của ánh sáng kích thích, nhỏ hơn giới hạn quang điện ( o ). b) Định luật quang điện thứ hai: Đối với ánh sáng thích hợp ( o ) cường độ dòng quang điện bão hoà tỷ lệ với cường độ của chùm sáng kích thích. c) Định luật quang điện thứ ba: Động năng ban động cực đại của các electron quang điện không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại dùng làm catốt. 3. Thuyết lượng tử: a) Những hạn chế của thuyết sóng: Khi ánh sáng chiếu vào K, điện trường biến thiên trong sóng ánh sáng sẽ làm cho các electron trong kim loại dao động. Cường độ của chùm sáng kích thích càng lớn, điện trường càng mạnh và nó làm cho các electron dao động mạnh đến độ bức ra khỏi kim loại dòng quang điện. Do đó: - HTQĐ xảy ra bất kỳ với ánh sáng nào, miễn là có cường độ đủ lớn. Điều này mâu thuẫn với định luật QĐ 1. - W đomax phụ thuộc cường độ chùm sáng kích thích: điều này mâu thuẫn với định luật QĐ 3. - Mặt khác theo thuyết sóng, cường độ ánh sáng phải đủ lớn mới có hiện tượng quang điện. Thực tế o thì cường độ ánh sáng kích thích nhỏ xảy ra HTQĐ. b) Nội dung: - Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà thành từng phần riêng biệt, đứt quãng. Mỗi phần đó mang một năng lượng hoàn toàn xác định. Gọi là lượng tử năng lượng. Mỗi lượng tử có độ lớn = hf. (f: tần số ánh sáng; h: hằng số plank). - Một chùm sóng dù rất yếu cũng chứa một số rất lớn các lượng tử ánh sáng (phôtôn) do đó ta có cảm giác chùm sáng liên tục. Cường độ chùm sáng tỷ lệ với số phô tôn - Các phôtôn chuyển động với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng. Khi truyền các phôtôn không thay đổi, không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng. 4. Công thức Anhstanh về hiện tượng quang điện: 2 max 1 2 o hc hf A mv Muốn cho dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn thì hiệu điện thế thế giữa anốt và catốt phải đạt tới một giá trị âm – U h nào đó; U h được gọi là hiệu điện thế hãm. 2 max . 2 o h mU eU (e = 1,6.10 -19 C; m = 9,1.10 -31 kg: là điện tích và khối lượng của electron) * Hiệu suất của hiện tượng quang điện (hiệu suất lượng tử) * Cường độ dòng quang điện bão hoà: I bh = n.e Với n là số electron bật ra khỏi catốt (và đi đến anốt) mỗi giây 5. Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen (tia X) phát ra từ ống Rơnghen: X min với min = d hc W Với W đ là động năng của các electron tới đạp vào đối catốt, có giá trị: 2 . 2 d mv W eU , trong đó U là hiệu điện thế giữa anốt và catốt của ống Rơnghen. số electron bật ra khỏi kim loại (catốt) H = số phôtôn tới kim loại (catốt) 6. Mẫu nguyên tử Bohr: a)Hai giả thuyết (tiên đề) Bohr: * Tiên đề 1: (về các trạng thái dừng): Nguyên tử chỉ tồn tại trong những trạng thái có năng lượng hoàn toàn xác định gọi là trạng thái dừng. Trong các trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ. * Tiên đề II: (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 (với E m > E n ) thì nguyên tử phát ra 1 phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu: E m – E n . (f mn : tần số ánh sáng ứng với phôtôn đó). + Nếu nguyên 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 cao hån. ε mn m n hf E E Với f mn là tần số ánh sáng ứng với phôtôn đó. h.f mn E m E n h.f mn b) Hệ quả: - Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân theo những quĩ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quĩ đạo dừng, tỷ lệ với bình phương các số nguyên liên tiếp Bán kính: r o , 4r o ; 9r o ; 16r o ; 25r o ; 36r o Tên quỹ đạo: K, L; M; N; O; P với r o = 5,3.10 -11 m: bán kính Bohr. 7. Quang phổ vạch của hiđrô: Gồm nhiều vạch xác định, tách rời nhau . -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. V/ CỦNG CỐ - DẶN DÒ - Làm các bài tập trong SGK. - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà - Về làm bài tập và đọc bài sau. . Giáo án Vật lý 12 nâng cao - LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1. Hiện tượng quang điện: - Khi chiếu một chùm ánh sáng thích hợp (có bước sóng ngắn) vào môt tấm. của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại dùng làm catốt. 3. Thuyết lượng tử: a) Những hạn chế của thuyết sóng: Khi ánh sáng chiếu vào K, điện trường biến thiên trong sóng ánh sáng. lớn các lượng tử ánh sáng (phôtôn) do đó ta có cảm giác chùm sáng liên tục. Cường độ chùm sáng tỷ lệ với số phô tôn - Các phôtôn chuyển động với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng. Khi truyền