Định nghĩa: Hiện tượng quang điện ngoài là hiện tượng các electrôn bị bứt ra khỏi mặt kim loại, khi chiếu vào kim loại đó ánh sáng có bước sóng thích hợp.. b Định luật 2: cường độ dòng q
Trang 1A TÓM TẮT LÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
I Hiện tượng quang điện
1 Định nghĩa: Hiện tượng quang điện (ngoài) là hiện tượng các electrôn bị bứt ra khỏi mặt kim loại, khi chiếu vào kim loại đó ánh
sáng có bước sóng thích hợp
2 Các công thức:
a) Năng lượng của phôtôn (lượng tử ánh sáng): ε = hf = hc
λ (đơn vị đo là J)
f (Hz), λ (m) là tần số và bước sóng của bức xạ đơn sắc
h = 6,625 10-34 J.s là hằng số Plank., c = 3.108 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không
b) Công thức Anhxtanh (Einstein): A 1mv02
2
Với: + A (tính bằng J) là công thoát của electron khỏi kim loại; vo (m/s) là vận tốc ban đầu cực đại của quang electrôn
+ m = 9,1 10-31 kg là khối lượng của electrôn, 1eV = 1,6 10-19 J
2
= (J) là động năng ban đầu cực đại của quang electron
c) Giới hạn quang điện: Điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện là λ ≤ λo
Với 0 hc
A
λ = là giới hạn quang điện của kim loại, chỉ phụ thuộc vào bản chất kim loại đó
d) Hiệu điện thế hãm U h : là hiệu điện thế giữa hai đầu anốt và catốt đủ để làm dòng quang điện bắt đầu triệt tiêu
e.Uh 1mvo2
2
= , với e = -1,6 10-19 C là điện tích của electrôn
Điều kiện để dòng quang điện triệt tiêu: UAK ≤ Uh Chú ý: có một số tài liệu qui ước Uh = UAK > 0
e) Công suất của nguồn sáng: P = Nλ ε (Nλ là số phôtôn ứng với bức xạ λ chiếu đến catốt trong 1 s)
f) Cường độ dòng quang điện bão hòa: Ibh = q
t = ne.e (ne là số quang electron đến anốt trong 1s).
g) Hiệu suất lượng tử: H = ne
Nλ
3) Nội dung chính của ba định luật quang điện:
a) Định luật 1: Xảy ra hiện tượng quang điện khi và chỉ khi: λ≤λ0 (hoặc f ≥ f0, với f0 = c/λ; hoặc ε≥ A)
b) Định luật 2: cường độ dòng quang điện bảo hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm ánh sáng kích thích.
c) Định luật 3: Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại dùng làm catốt.
4) Một số điểm cần chú ý:
* Trong hiện tượng quang điện, năng lượng của một photon được hấp thụ hoàn toàn bởi một electron.
* Các quang electron bay ra khỏi bề mặt kim loại có vận tốc phân bố từ 0 đến v0
* Hiện tượng quang điện trong xảy ra trong lòng khối chất bán dẫn, khi đó các electron bị bứt khỏi liên kết và trở thành electron dẫn
(làm khối bán dẫn giảm mạnh điện trở (hiện tượng quang dẫn)) khi được chiếu sáng Giới hạn quang điện trong lớn hơn giới hạn quang điện ngoài
* Đối với tia Rơnghen: AK 2 max
min
2
λ
Với: + UAK là hiệu điện thế giữa 2 đầu anốt và catốt của ống rơnghen
+ fmax là tần số lớn nhất của tia rơnghen mà ống có thể phát ra
+ λmin là bước sóng nhỏ nhất của tia rơnghen mà ống có thể phát ra.
+ Eđ = 1mv2
2 là động năng của e
- khi tới được đối âm cực (đã bỏ qua động năng của e- lúc vừa phát xạ)
II Tiên đề Bo – Phổ nguyên tử Hiđrô
1 Hai tiên đề Bo
a) Tiên đề về các trạng thái dừng: Nguyên tử chỉ tồn tại ở trạng thái có mức năng lượng xác định gọi là các trạng thái dừng Ở các
trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ
b) Tiên đề về bức xạ hay hấp thụ năng lượng của nguyên tử : Khi chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng En chuyển sang trạng thái
dừng có năng lượng Em (En > Em) thì nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu En – Em: ε = hfnm =
nm
hc
λ = En – Em,
Với: fnm và λnm là tần số và bước sóng ứng với bức xạ phát ra.
Ngược lai, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có mức năng lượng thấp Em mà hấp thụ được 1 phôtôn có năng lượng hfnm thì chuyển lên trạng thái dừng có mức năng lượng cao hơn En
* Hệ quả của tiên đề Bo: Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, e- chỉ chuyển động quanh hạt nhân theo những quĩ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quĩ đạo dừng
2 Quang phổ vạch của nguyên tử Hiđrô: đối với nguyên tử hiđrô, bán kính các quĩ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương các số
nguyên liên tiếp :
Trang 2Tên quĩ đạo :K L M N O P Q ….
Bán kính : r0 4 r0 9 r0 16 r0 25 r0 36 r0 …
rn = r0 n2 với n = 1 , 2, 3, … , ∞ và r0 = 5,3 10-11 m là bán kính Bo, vàEn E02
n
= − với E0 = 13,6 eV
a) Dãy Laiman (Lyman): Phát ra các vạch trong miền tử ngoại Các e- ở các mức năng lượng cao (n = 2, 3, … , ∞ ứng với các quĩ đạo tương ứng L, M, N, … ) nhảy về mức cơ bản (ứng với quĩ đạo K)
b) Dãy Banme (Balmer): Phát ra các vạch phổ một phần trong miền tử ngoại và 4 vạch phổ trong miền khả kiến (thấy được) là đỏ Hα , lam Hβ , chàm Hγ và tím Hδ Các e- ở các mức năng lượng cao (n = 3, 4, 5,… ∞ ứng với các quĩ đạo tương ứng M , N , O,…) nhảy về mức hai (ứng với quĩ đạo L)
c) Dãy Pasen (Paschen): Phát ra các vạch phổ trong vùng hồng ngoại Các e- ở các mức năng lượng cao (n = 4, 5, 6, …∞ ứng với các quĩ đạo tương ứng N, O, P, ) nhảy về mức thứ ba (ứng với quĩ đạo M)
B TRẮC NGHIỆM QUANG LÝ 2 Họ và tên: ………Số câu đúng: ………
1 Phôtôn của bức xạ điện từ nào có năng lượng cao nhất?
2 Phôtôn phát ra khi electron trong nguyên tử hiđrô chuyển từ quỹ đạo L về quỹ đạo K là phôtôn thuộc loại nào?
3 Mọi phôtôn truyền trong chân không đều có cùng
4 Chùm sáng có bước sóng 5.10-7m gồm những phôtôn có năng lượng
5 Cho bước sóng vạch thứ hai trong dãy Banmer là 0,487µm, c = 3.108m/s, h = 6,625.10-34Js, e = 1,6.10-19C Trong nguyên tử hiđrô, electron chuyển từ quỹ đạo L (n = 2) lên quỹ đạo N (n = 4) Điều này xảy ra là do
6 Một tia sáng đơn sắc truyền từ không khí vào nước (chiết suất 4/3) Hỏi bước sóng λ và năng lượng phôtôn ε của tia sáng thay đổi thế nào?
7 Giới hạn quang điện đối với một kim loại là của chùm sáng có thể gây ra hiện tượng quang điện
8 Cường độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ với
9 Khi đã xảy ra hiện tượng quang điện, cường độ dòng quang điện triệt tiêu khi hiệu điện thế giữa anốt và catốt
A triệt tiêu B nhỏ hơn một giá trị âm, xác định, phụ thuộc từng kim loại và bước sóng ánh sáng kích thích
C nhỏ hơn một giá trị dương, xác định D nhỏ hơn một giá trị âm, xác định đối với mỗi kim loại
10 Vận tốc ban đầu của các êlectron bức khỏi kim loại trong hiệu ứng quang điện
11 Lượng tử năng lượng là
C năng lượng nhỏ nhất mà một êlectron, một nguyên tử, hoặc một phân tử có thể có được
D năng lượng của mỗi phôtôn mà nguyên tử hoặc phân tử có thể trao đổi với một chùm bức xạ
12 Photon là tên gọi của
A một e- bứt ra từ bề mặt kim loại dưới tác dụng của ánh sáng B một đơn vị năng lượng
13 Trong các phát biểu về sự bức xạ quang điện sau đây, phát biểu nào luôn đúng?
A sự bức xạ êlectron không xảy ra nếu cường độ rọi sáng rất yếu
B mỗi kim loại cho trước có một tần số tối thiểu sao cho nếu tần số của bức xạ chiếu tới nhỏ hơn giá trị này thì không xảy ra bức xạ êlectron
C vận tốc của các êlectron được bức xạ tỉ lệ với cường độ của bức xạ chiếu tới
D số êlectron bị bức xạ trong một giây không phụ thuộc vào cường độ của bức xạ chiếu tới
14 Sự chuyển giữa ba mức năng lượng trong nguyên tử hiđrô tạo thành ba vạch phổ theo thứ tự bước sóng tăng dần λ1, λ2
và λ3 Trong các hệ thức liên hệ giữa λ1, λ2 và λ3 sau đây, hệ thức nào đúng?
Trang 315 Người ta chiếu ánh sáng có năng lượng photon 5,6eV vào một lá kim loại có công thoát 4eV Tính động năng ban đầu cực đại của các quang electron bắn ra khỏi mặt lá kim loại Cho biết e = -1,6.10-19 C
16 Khi êlectrôn trong nguyên tử hiđrô ở một trong các quỹ đạo M, N, O, chuyển về quỹ đạo L thì nguyên tử hiđrô
phát vạch bức xạ thuộc vùng nào của thang sóng điện từ?
17 Chiếu chùm tia màu lục vào tấm kẽm tích điện âm Hiện tượng nào sẽ xảy ra?
A Tấm kẽm mất dần điện tích dương B Tấm kẽm mất dần điện tích âm
C Tấm kẽm trở nên trung hồ điện D A, B, C đều sai
18 Catốt của một tế bào quang điện có công thoát 4eV Tìm giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt Cho hằng
số Planck h = 6,625.10-34J.s; điện tích electron e = -1,6.10-19C; vận tốc ánh sáng c = 3.108m/s
19 Công thoát êlectrôn của một kim loại là A thì bước sóng giới hạn quang điện là λ Nếu chiếu ánh sáng kích thích có
bước sóng λ’ vào kim loại này thì động năng ban đầu cực đại của các quang electron là A Tìm hệ thức liên lạc đúng?
20 Chiếu một bức xạ vào catốt của một tế bào quang điện thì thấy có xảy ra hiện tượng quang điện Biết cường độ dòng quang điện bão hòa bằng Ibh = 32 µA, tính số electron tách ra khỏi catốt trong mỗi phút Cho điện tích electron e = -1,6.10
-19C
21 Cho h = 6,625 10-34 J.s ; c = 3.108 m/s ;1 eV = 1,6 10-19 J Kim loại có công thoát êlectrôn là A = 2,62 eV Khi chiếu vào kim loại này hai bức xạ có bước sóng λ1 = 0,4 µm và λ2 = 0,2 µm thì hiện tượng quang điện:
B không xảy ra với cả 2 bức xạ D xảy ra với bức xạ λ2 , không xảy ra với bức xạ λ1
22 Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của ống Rơnghen là 12 kV Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen đó bằng
A 1,035.10-8 m B 1,035.10-9 m C 1,035.10-10 m D 1,035.10-11 m
23 Khi chiếu hai ánh sáng có bước sóng λ1 = 3200Å và λ2 = 5200Å vào một kim loại dùng làm catốt của một tế bào quang điện, người ta thấy tỉ số các vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron bằng 2 Tìm công thoát của kim loại
ấy Cho biết: Hằng số Planck, h = 6,625.10-34J.s; điện tích electron, e = -1,6.10-19C; vận tốc ánh sáng c = 3.108m/s
24 Khi chiếu một chùm ánh sáng có tần số f vào catốt một tế bào quang điện thì có hiện tượng quang điện xảy ra Nếu dùng một điện thế hãm bằng -2,5 V thì tất cả các quang electron bắn ra khỏi kim loại bị giữ lại không bay sang anốt được Cho biết tần số giới hạn quang điện của kim loại đó là 5.1014s-1; Cho h = 6,625.10-34J.s; e = -1,6.10-19C Tính f
25 Cho h = 6,625 10-34 J.s ; c = 3.108 m/s ; e = 1,6 10-19 C Công thoát êlectrôn của một quả cầu kim loại là 2,36 eV Chiếu ánh sáng kích thích có bước sóng 0,3 µm Quả cầu đặt cô lập có điện thế cực đại bằng
26 Cường độ dòng điện chạy qua một ống Rơn-ghen bằng 0,32mA Tính số electron đập vào đối catốt trong 1 phút
27 Khi tăng hiệu điện thế giữa anốt và catốt của ống Rơn-ghen lên 2 lần thì động năng của electron khi đập vào đối catốt tăng thêm 8.10-16J Tính hiệu điện thế lúc đầu đặt vào anốt và catốt của ống
28 Bước sóng của hai vạch phổ đầu tiên trong dãy Ban-mê của nguyên tử hiđrô lần lượt là 0,656µm và 0,487µm Vạch phổ đầu tiên trong dãy Pasen có bước sóng bằng
29 Bước sóng của vạch đầu tiên trong dãy Lai-man và vạch Hγ trong quang phổ nguyên tử hiđrô lần lượt bằng 0,122µm
và 0,435µm Bước sóng của vạch thứ tư trong dãy Lai-man có giá trị
30 Nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái kích thích và các electron đang chuyển động trên quỹ đạo M Hỏi nguyên tử có thể phát ra bao nhiêu loại vạch bức xạ có tần số khác nhau?
31 Phát biểu nào sau đây là không đúng? Động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện phụ thuộc vào …
A bản chất của kim loại.
B bước sóng của chùm ánh sáng kích thích.
C tần số của chùm ánh sáng kích thích.
D cường độ của chùm ánh sáng kích thích.
Trang 432 Chọn câu đúng.
A Khi tăng cường độ của chùm ánh sáng kích thích thì cường độ dòng quang điện bão hòa không đổi.
B Khi tăng bước sóng của chùm ánh sáng kích thích thì cường độ dòng quang điện bão hòa tăng lên.
C Khi ánh sáng kích thích gây ra được hiện tượng quang điện Nếu giảm tần số của chùm bức xạ thì động năng ban
đầu cực đại của êlectron quang điện tăng lên
D Khi ánh sáng kích thích gây ra được hiện tượng quang điện Nếu giảm bước sóng của chùm bức xạ thì động năng
ban đầu cực đại của êlectron quang điện tăng lên
33 Theo quang điểm của thuyết lượng tử, phát biểu nào sau đây là không đúng?
A Chùm ánh sáng là một dòng hạt, mỗi hạt là một phôtôn mang năng lượng.
B Cường độ chùm sáng tỉ lệ thuận với số phôtôn trong chùm.
C Khi ánh sáng truyền đi, năng lượng các phôtôn không đổi, không phụ thuộc khoảng cách đến nguồn sáng.
D Các phôtôn có năng lượng bằng nhau vì chúng lan truyền với vận tốc bằng nhau.
34 Phát biểu nào sau đây là đúng? Động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện…
A phụ thuộc vào cường độ của chùm ánh sáng kích thích.
B chỉ phụ thuộc vào bản chất kim loại dùng làm catôt.
C chỉ phụ thuộc vào bước sóng của chùm ánh sáng kích thích.
D phụ thuộc vào năng lượng photon của chùm ánh sáng kích thích.
35 Lần lượt chiếu hai chùm sáng đơn sắc có tần số và công suất lần lượt là f1, P1
và f2 , P2 vào catốt của một tế bào quang điện ta thu được hai đường đặc trưng
vôn – ampe như hình vẽ Chọn câu đúng
A f1 > f2 và P1 > P2 B f1 < f2 và P1 < P2
C f1 > f2 và P1 < P2 D f1 < f2 và P1 > P2
36 Giới hạn quang điện của natri là 0,5 µm Công thoát của kẽm lớn hơn của natri
là 1,4 lần Giới hạn quang điện của kẽm bằng bao nhiêu?
37 Chọn câu đúng Quang dẫn là hiện tượng
A giảm điện trở của chất bán dẫn lúc được chiếu sáng B kim loại phát xạ êlectrôn lúc được chiếu sáng
C điện trở của một chất giảm mạnh khi hạ nhiệt độ D bứt quang êlectrôn ra khỏi bề mặt chất bán dẫn
38 Điện trở của quang điện trở sẽ:
A tăng khi nhiệt độ tăng B giảm khi nhiệt độ tăng C tăng khi bị chiếu sáng D giảm khi bị chiếu sáng
39 Chọn câu sai về hiện tượng quang dẫn và hiện tượng quang điện.
C Bước sóng giới hạn của hiện tượng quang điện bên trong có thể thuộc vùng hồng ngoại
D Năng lượng để giải phóng êlectrôn trong khối bán dẫn nhỏ hơn công thoát của êlectrôn khỏi kim loại
40 Các hiện tượng, tác dụng sau của ánh sáng:
thì hiện tượng, tác dụng nào thể hiện bản chất hạt của ánh sáng?
41 Pin quang điện là thiết bị biến đổi ra điện năng
42 Biết mức năng lượng ứng với quĩ đạo dừng n trong nguyên tử hiđrô : En = -13,6/n2 (eV); n = 1,2,3, Electron trong nguyên tử hiđrô ở trạng thái cơ bản được kích thích chuyển lên trạng thái có bán kính quĩ đạo tăng lên 9 lần Khi chuyển dời về mức cơ bản thì nguyên tử phát ra bức xạ có năng lượng lớn nhất là
43 Mức năng lượng của các quĩ đạo dừng của nguyên tử hiđrô lần lượt từ trong ra ngoài là E1 = -13,6 eV ; E2 = -3,4 eV ;
E3 = -1,5 eV ; E4 = -0,85 eV Nguyên tử ở trạng thái cơ bản có khả năng hấp thụ các phôtôn có năng lượng nào dưới đây,
để nhảy lên một trong các mức trên?
44 Bán kính quỹ đạo dừng thứ n của electrôn trong nguyên tử hiđrô:
A tỉ lệ thuận với n B tỉ lệ nghịch với n C tỉ lệ thuận với n2 D tỉ lệ nghịch với n2
45 Khối khí Hiđrô đang ở trạng thái kích thích và electron trong nguyên tử đang chuyển động ở quỹ đạo O Hỏi khối khí
này có thể phát ra bao nhiêu loại bức xạ đơn sắc thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy?
U
1h
O
UAK
I I
bh2
Ibh1
2 1
U
2h