lượng tử ánh sáng theo dạng

PhÇn VII: 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. - Ở một số vật, khả năng phản xạ (hoặc tán xạ) ánh sáng mạn yếu khác nhau phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng tới. Đó là phản xạ (hoặc tán xạ) lọc lựa. - Màu sắc các vật phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo của vật và màu sắc của ánh sáng rọi vào nó. VI. Sự phát quang. Sơ lược về Laze. 1. Hiện tượng phát quang. - Có một số chất (ở thể rắn, lỏng hoặc khí) khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó thì có khả năng phát ra các bức xạ điện từ trong miền nhìn thấy. Các hiện tượng đó gọi là sự phát quang. - Mỗi chất phát quang có một quang phổ đặc trưng cho nó; sau khi ngừng kích thích, sự phát quang của một số chất còn tiếp tục kéo dài thêm một khoảng thời gian nào đó rồi mới ngừng hẳn. Khoảng thời gian từ lúc ngừng kích thích đến lúc ngừng phát quang gọi là thời gian phát quang. - Tùy theo thời gian phát quang người ta chia làm 2 loại phát quang: + Huỳnh quang: là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10 -8 s), nghĩa là ánh sáng phát quang hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích. Nó thường xảy ra với chất lỏng và chất khí. + Lân quang: Là sự phát quang có thời gian phát quang dài (10 -8 s trở lên). Nó thường xảy ra với chất rắn. Các chất rắn phát quang loại này gọi là chất lân quang.  Định luật Xtốc về sự phát quang: ánh sáng phát quang có bước sóng ' λ dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích λ : ' λ λ > .  Ứng dụng: các loại hiện tượng phát quang có rất nhiều ứng dụng trong khoa học, kĩ thuật và đời sống như sử dụng trong các đèn ống để thắp sáng, trong các đèn màn hình của dao động ký điện tử, của tivi, máy tính, sử dụng sơn phát quang quét lên các biển báo giao thông. 2. Sơ lược về Laze. a. Sự phát xạ cảm ứng. - Nếu một nguyên tử đang ở trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng lượng hf ε = , bắt gặp một phôtôn có năng lượng ' ε đúng bằng hf bay lướt qua nó, thì lặp tức nguyên tử này cũng phát ra photon ε có cùng năng lượng và bay cùng phương với phôtôn ' ε . - Sóng điện từ ứng với phôtôn ε hoàn toàn cùng pha và dao động trong một mặt phẳng song song với mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với phôtôn ' ε . b. Laze và đặc điểm. - Laze là một nguồn phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng của hiện tượng phát xạ cảm ứng. - Đặc điểm: - Tính đơn sắc rất cao - Là chùm sáng kết hợp - Có tính định hướng cao. - Có cường độ lớn. c. Các loại laze. - Laze khí, như laze He – Ne, laze CO 2 . - Laze rắn, như laze rubi. - Laze bán dẫn, như laze Ga – Al – As. Laze bán dẫn là loại Laze sử dụng phổ biến hiện nay. d. Một vài ứng dụng của laze. - Thông tin liên lạc: sử dụng trong vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh, truyền tin bằng cáp quang … - Y học: dao mổ trong phẫu thuật mắt, chữa bệnh ngoài da (nhờ tác dụng nhiệt) … - Dùng trong các đầu đọc đĩa CD, bút trỏ bảng, … - Dùng để khoan, cắt, tôi …chính xác các vật liệu công nghiệp. 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. Hướng dẫn giải: a. Tần số giới hạn quang điện: f = c/λ 0 = A/h = 3,5.1,6.10 -19 /(6,625.10 -34 ) = 0,845.10 15 Hz. Giới hạn quang điện: λ o = hc/A = 6,625.10 -34 .3.10 8 /3,5.1,6.10 -19 = 3,55.10 -7 m. b. Để dòng quang điện triệt tiêu thì công của điện trường phải triệt tiêu được động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện. 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 [...]... thì năng lượng của electron phải đủ lớn, để kích thích ngun tử hiđrơ tới trạng thái n → ∞ (lúc đó năng lượng của ngun tử hiđrơ bằng 0) Theo định luật bảo tồn năng lượng: W = E ∞ − E1 = 13,6eV Năng lượng này của electron dưới dạng động năng, do vậy: W = 1 2 mv ⇒ v = 2 2W = m 2.13,6.1,6.10 −19 = 2,187.10 6 m / s − 31 9,1.10 b Để chỉ xuất hiện một vạch thơi thì sau khi bị electron kích thích ngun tử chỉ... hoạt động được với ánh sáng hồng ngoại C Phần lớn quang trở hoạt động được với ánh sáng hồng ngoại D Chỉ có tế bào quang điện có catốt làm bằng kim loại kiềm mới hoạt động được với ánh sáng khả kiến 2763 Cho bốn bức xạ điện từ có bước sóng lần lượt là : λ1 =0,102 µ m; λ2 =0,485 µ m ; λ3 =0,859 µ m ; λ4 = 10–4 µ m Bức xạ điện từ là tia tử ngoại A λ4 B λ1 C λ2 D λ3 2764 Thuyết lượng tử khơng giải thích... ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 µm sẽ phát ra bao nhiêu phơtơn trong 1s, nếu cơng suất phát xạ của đèn là 10 W ? A 1,2.1019 hạt/s B 6 1019 hạt/s C 4.5 1019 hạt/s D 3 1019 hạt/s 2714 Một đèn Na chiếu ánh sáng có cơng suất phát xạ P = 100 W Bước sóng của ánh sáng vàng do đèn phát ra là 0,589 µm Hỏi trong 30s, đèn phát ra bao nhiêu phơtơn ? Cho hằng số Plăng là h = 6,625.10-34Js, vận tốc ánh sáng. .. a Năng lượng của ngun tử hiđrơ được xác định bởi biểu thức: En = − năng lượng n, được xác dịnh từ biểu thức của định luật bảo tồn năng lượng: E n = E1 + W = −13,6 + 12,09 = −1,51 eV Thay vào (*): − 1,51 ( eV ) = − 13,6 → n=3 n2 → Vậy electron của ngun tử hiđrơ chuyển lên mức năng lượng M ( n = 3) b Số bức xạ mà sau đó ngun tử hiđrơ phát ra khi chuyển về trạng thái các trạng thái có mức năng lượng thấp... xạ điện từ có bước sóng 0,2µm và nối tế bào quang điện với nguồn điện một chiều Mỗi giây catơt nhận được năng lượng của chùm sáng là 3mJ, thì cường độ dòng quang điện bảo hồ là 4,5.10-6A Hiệu suất lượng tử là A 9,4% B 0,094% C 0,94% D 0,186% 2707 Một đèn laze có cơng suất phát sáng 1W phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,7µm Cho h = 6,625.10-34 Js, c = 3.108m/s Số phơtơn của nó phát ra trong 1 giây là:... 2701 Chiếu ánh sáng có bước sóng λ = 0,35µ m vào kim loại có cơng thốt 2,48eV của một tế bào quang điện Biết cườn độ ánh sáng là 3W/m 2 tính hiệu suất lượng tử và cường độ dòng quang điện bão hoax là i = 0.02A A 2,358% B 3,258% C 5,328% D 2,538% λ =0,552 µ m vào ca tốt của một tế bào quang điện dòng 2702 Chiếu bức xạ có bước sóng quang điện bảo hòa có cường độ là Ibh=2mA Cơng suất nguồn sáng chiếu... Electron của ngun tử hiđrơ ở trạng thái cơ bản hấp thụ một năng lượng 12,09eV a Electron này chuyển lên trạng thái kích thích ứng với mức năng lượng nào? b Ngun tử hiđrơ sau khi bị kích thích như trên thì nó sẽ phát ra bao nhiêu bức xạ và những bức xạ đó thuộc dãy nào? Hướng dẫn giải: 13,6 ( eV ) (*) n2 Năng lượng của ngun tử hiđrơ ở trạng thái cơ bản ( n = 1) : E1 = −13,6( eV ) Khi hấp thụ năng lượng W =... m/s D 421.105 m/s 2694 Bề mặt catod nhận được cơng suất chiếu sáng P = 5mW Cường độ dòng quang điện bão hòa của tế bào quang điện Ibh = 1mA Tính hiệu suất quang điện A 35,5% B 48,3% C 55,21% D 53,5% 2695 Năng lượng cực đại của các electron bị bức ra khỏi một kim loại dưới tác dụng của ánh sáng có bước sóng λ = 0,3µ m là 1,2eV Cường độ ánh sáng là 3W/m 2 Tính cơng thốt và số electron phát ra trên một... 3.108 m/s A 0,15025 B 150,25 C 510,25 D 51,025 2697 Cơng suất của nguồn sáng có bước sóng 0,3 μm là 2,5W, hiệu suất lượng tử 100%, cường độ dòng quang điện bảo hồ là A 0,6A B 0,6mA C 60mA D 6μm 2698 Catot của tế bào quang điện có cơng thốt A=2,1(eV) Chiếu vào catot một chùm ánh sang có bước sóng với cơng suất 2 (W) thì hiệu suất lượng tử là: A chưa đủ điều kiện để tính B H=0,2 C H=0 D H=0,098 2699 Trong... trong dãy Lyman của ngun tử Hiđro là 0, 122 µm và 103nm Bước sóng đầu tiên trong dãy Banme là A 0,558 µm B 0,661 µm C 0,066 µm 0,0588 µm 14 2749 Một dải sóng điện từ trong chân khơng có tần số từ 4,0.10 Hz đến 7,5.1014 Hz Biết vận tốc ánh sáng trong chân khơng c = 3.108 m/s Dải sóng trên thuộc vùng nào trong thang sóng điện từ? A Vùng tia tử ngoại B Vùng tia hồng ngoại C Vùng ánh sáng nhìn thấy D Vùng . 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. 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. 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) ,