Hệ thống bài tập lượng tử ánh sáng

Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới tất thầy cô giáo khoa, đặc biệt Thạc sỹ Đỗ Văn Toán - Ngời thầy tận tình, chu đáo hớng dẫn giúp đỡ thời gian vừa qua Tôi xin chân thành cảm ơn tất ngời thân, bạn bè động viên giúp đỡ trình làm luận văn Là sinh viên bớc đầu nghiên cứu khoa học, chắn không tránh khỏi thiếu sót, sai lầm Rất mong thầy, cô bạn thông cảm đóng góp ý kiến để luận văn ngày hoàn thiện Tác giả Trơng Thị Bích Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Phần i: Mở đầu I Lý chọn đề tài ánh sáng điều kỳ diệu mà thiên nhiên ban tặng cho sống Để hiểu biết ánh sáng quang học ngành khoa học chuyên nghiên cứu chất ánh sáng, lan truyền tơng tác với môi trờng vật chất Trong chơng trình vật lý phổ thông lớp 12, quang học đợc đa vào giảng dạy gồm hai phần: Quang hình quang lý, nhằm cung cấp cho học sinh tranh tổng quan chất ánh sáng Quang lý nhằm trả lời chất ánh sáng gì? Hai chơng Tính chất sóng ánh sáng Lợng tử ánh sáng cho biết ánh sáng có lỡng tính sóng hạt Chơng Lợng tử ánh sáng nói tính chất hạt ánh sáng Các tập chơng đa dạng chiếm phần quan trọng kỳ thi Đại học, Cao đẳng, việc giải tập nhằm khắc sâu thuyết lợng tử, định luật quang điện tợng liên quan đến tính chất lợng tử ánh sáng Vì chọn đề tài hệ thống tập lợng tử ánh sáng cho luận văn mình, mục đích chuẩn bị tốt cho hành trang ngời giáo viên tơng lai II Cấu trúc luận văn Luận văn gồm phần: Phần I: Phần mở đầu Phần II: Phần nội dung (gồm chơng) Chơng I: Cơ sở lý thuyết Trình bày hệ thống lý thuyết công thức chơng Lợng tử ánh sáng Chơng II: Phân loại tập Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Loại 1: Xác định đặc trng Kim loại: 0, A êlectrôn quang điện, Eđ , V0max Hiệu điện hãm, điện cực đại Dạng 1: Xác định công thoát, giới hạn quang điện Dạng 2: Vận tốc cực đại động cực đại quang êlectrôn Dạng 3: Xác định hiệu điện hãm, điện cực đại Loai 2: Dòng quang điện bão hoà, công suất xạ hiệu suất lợng tử Dạng 1: Cờng độ dòng quang điện bão hoà, hiệu suất lợng tử Dạng 2: Công suất xạ Loại 3: êlectrôn chuyển động điện trờng, từ trờng Dạng 1: êlectrôn chuyển động điện trờng Dạng 2: êlectrôn chuyển động từ trờng Loại 4: ứng dụng tợng quang điện vào đo số đại lợng vật lý Dạng 1: Xác định số PLăng Dạng 2: Xác định khối lợng êlectrôn, giới hạn quang điện công thoát êlectrôn Loại 5: Xác định vạch quang phổ nguyên tử hiđrô Loại 6: Xác định bán kính, vận tốc êlectrôn quỹ đạo hệ thức tính mức lợng nguyên tử hiđrô Phần III Kết luận chung Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Phần II: phần nội dung Chơng I: Cơ sở lý thuyết I Hiện tợng quang điện Định nghĩa tợng quang điện Một chùm sáng thích hợp (có bớc sóng ngắn) chiếu vào mặt kim loại có tác dụng làm cho êlectrôn mặt kim loại bị bật Hiện tợng đợc gọi tợng quang điện, êlectrôn bị bật gọi êlectrôn quang điện (quang êlectrôn) Thí nghiệm với tế bào quang điện a Tế bào quang điện Tế bào quang điện bình chân không nhỏ có điện cực anốt (A) catốt (K) ánh sáng có bớc sóng A K thích hợp chiếu vào catốt làm G bật quang êlectrôn, V quang êlectrôn chuyển F động phía anốt tác động C điện trờng tạo thành dòng quang điện E b Các kết thí nghiệm + Đối với kim loại dùng làm catốt ánh sáng kích thích phải có bớc sóng nhỏ giới hạn gây đợc tợng quang điện Hiện tợng quang điện xảy bớc sóng ánh sáng kích thích nhỏ giới hạn quang điện ( 0) Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng I + Đặc tuyến vôn ampe Ibh dòng quang điện có dạng: Khi U = Uh (U < 0) I = Uh: hiệu điện hãm Uh U UAK Khi UAK tăng I tăng Khi UAK > U0 I không đổi, giá trị giá trị bão hoà Ibh + Với ánh sáng kích thớc nhỏ giá trị giới hạn cờng độ dòng quang điện bão hoà Ibh tỷ lệ với cờng độ chùm sáng kích thích + Giá trị hiệu điện U h ứng với kim loại dùng làm catốt hoàn toàn không phụ thuộc vào cờng độ chùm sáng kích thích mà phụ thuộc vào bớc sóng chùm sáng kích thích Ba định luật quang điện a Định luật 1: (hay định luật bớc sóng giới hạn) Đối với kim loại dùng làm catốt có bớc sóng giới hạn định gọi giới hạn quang điện Hiện tợng quang điện xảy bớc sóng ánh sáng kích thích nhỏ giới hạn quang điện ( 0) b Định luật 2: (Định luật cuờng độ dòng quang điện bão hoà) Với ánh sáng đơn sắc thích hợp có cờng độ dòng quang điện bão hoà tỷ lệ thuận với cờng độ chùm sáng kích thích c Định luật 3: (Định luật động ban đầu cực đại êlectrôn quang điện) Động ban đầu êlectrôn quang điện không phụ thuộc vào cờng độ chùm sáng kích thích mà phụ thuộc vào bớc sóng chùm sáng kích thích chất kim loại dùng làm catốt Lu ý: Trong tợng quang điện có ánh sáng thích hợp chiếu vào catốt tế bào quang điện êlectrôn bị bật khỏi catốt Hiện tợng gọi tợng quang điện Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng II Thuyết lợng tử Những bế tắc thuyết sóng Theo thuyết sóng ánh sáng, ánh sáng chiếu vào mặt catốt, điện trờng biến thiên làm êlectrôn kim loại dao động Khi cờng độ chùm sáng kích thích đủ lớn, êlectrôn dao động mạnh đến mức bị bật khỏi kim loại tạo thành dòng quang điện Nh vậy: Bất kỳ chùm sáng có khả tạo tợng quang điện (mâu thuẫn định luật 1) Động ban đầu êlectrôn phải phụ thuộc vào cờng độ chùm sáng kích thích (mâu thuẫn với định luật 3) Tóm lại: Thuyết sóng ánh sáng không giải thích đợc định luật quang điện Thuyết lợng tử * Thuyết lợng tử Plăng: Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay xạ ánh sáng cách liên tục mà thành phần riêng biệt, gián đoạn Mỗi phần mang lợng hoàn toàn xác định có độ lớn: = hf Trong f tần số ánh sáng phát hay hấp thụ h số Plăng có giá trị h = 6,625.10-34J.s Mỗi phần ánh sáng nhỏ bé gọi lợng tử ánh sáng hay phôtôn III ứng dụng thuyết lợng tử giải thích định luật quang điện Công thức Anhxtanh tợng quang điện: ông coi chùm sáng nh chùm hạt gọi hạt phôtôn, phôtôn ứng với lợng tử ánh sáng Trong tợng quang điện, phôtôn đợc hấp thụ hoàn toàn truyền toàn lợng cho êlectrôn Năng lợng cung cấp Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng êlectrôn bề mặt kim loại công thoát A để thắng đợc lực liên kết tinh thể thoát Phần lại tạo nên động ban đầu cho êlectrôn Động cực đại so với động êlectrôn nằm lớp sâu kim loại, theo định luật bảo toàn lợng ta có công thức: hf = A + m v02max 2 Giải thích định luật quang điện a Định luật 1: ( 0) Từ công thức Anhxtanh ta thấy để êlectrôn bứt khỏi kim loại thì: A0 ( lợng phôtôn) hC hC (đpcm) b Định luật 2: Khi xảy tợng quang điện Ibh = n.e e = 1,6 10-19C n số êlectrôn bật đơn vị thời gian (1s) Số quang êlectrôn tỷ lệ với phôtôn đập tới catốt đơn vị thời gian Số phôtôn đơn vị thời gian tỷ lệ thuận với cờng độ chùm sáng Số quang êlectrôn tỷ lệ thuận với cờng độ dòng quang điện bão hoà Vậy cờng độ dòng quang điện bão hoà tỷ lệ thuận với chùm sáng kích thích (đpcm) c Định luật 3: Từ công thức Anhxtanh cho thấy động ban đầu êlectrôn phụ thuộc vào A, nghĩa phụ thuộc vào bớc sóng chất kim loại dùng làm catốt (đpcm) Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng IV Một vài tợng liên quan đến tính chất lợng tử ánh sáng Hiện tợng quang điện trong, tợng quang dẫn a Định nghĩa: Hiện tợng quang điện tợng êlectrôn liên kết đợc giải phóng thành êlectrôn tự dới tác dụng ánh sáng b Hiện tợng quang dẫn: Là tợng giảm mạnh điện trở vật chất bán dẫn bị chiếu sáng Hiện tợng quang dẫn đợc ứng dụng quang trở, tợng quang điện bên đợc ứng dụng pin quang điện Sự phát quang phản ứng quang hoá a Sự phát quang: Là phát ánh sáng lạnh số vật có ánh sáng kích thích thích hợp chiếu vào Đặc điểm phát quang bớc sóng ánh sáng phát lớn bớc sóng ánh sáng kích thích b Phản ứng quang hoá: Là phản ứng xảy dới tác dụng ánh sáng Ví dụ: Phản ứng quang hợp, phản ứng phân tích V ứng dụng thuyết lợng tử nguyên tử Hiđrô Quang phổ phát xạ hiđrô Cho dòng điện qua ống kín chứa hiđrô áp suất thấp, hiđrô phát sáng Chụp ảnh hiđrô máy quang phổ ngời ta thấy quang phổ quang phổ vạch vạch đợc tách rời thành số dãy tách rời hẳn Trong miền tử ngoại có dãy Lyman phần dãy Banme Trong miền ánh sáng thấy đợc có dãy Banme Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Trong miền hồng ngoại có dãy Pasen Các tiên đề Bo a Tiền đề trạng thái dừng Nguyên tử tồn trạng thái có lợng xác định gọi trạng thái dừng Trong trạng thái dừng nguyên tử không xạ (Năng lợng trạng thái dừng bao gồm: Động êlectrôn chúng b Tiên đề xạ hấp thụ lợng nguyên tử hiđrô Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lợng Em sang trạng thái dừng có lợng En (với Em > En) nguyên tử phát phôtôn có lợng hiệu Em En = hfmn = Em- En Với fmn tần số sóng ánh sáng ứng với phôtôn đó, ngợc lại nguyên tử trạng thái dừng có lợng En thấp mà hấp thụ đợc phôtôn có lợng hfmn hiệu Em - En chuyển lên trạng thái dừng có lợng Em lớn Hấp thụ hfmn Em Bức xạ hfmn En Hệ tiên đề Bo a Bán kính nguyên tử hiđrô Trong trạng thái dừng nguyên tử êlectrôn chuyển động quanh hạt nhân theo quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi quỹ đạo dừng Bo thấy bán kính quỹ đạo dừng tăng bình phơng theo số nguyên liên tiếp: rn = n2.r0 với r0 = 0,53A0 = r0 , 4r0, 9r0 , 16r0 , 25r0, 36r0 (K) (L) (M) (N) (O) 10 (P) Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng b Giải thích tạo thành quang phổ vạch hiđrô * Cơ chế phát xạ: Bình thờng hiđrô trạng thái K có lợng thấp E0 Khi dòng quang điện phóng qua ống chứa khí hiđrô, nguyên tử hiđrô ống va chạm với với êlectrôn chuyển động nhanh Nguyên tử hiđrô nhận thêm lợng chuyển sang trạng thái có lợng E1, E2, E3, , En cao (tức êlectrôn nguyên tử hiđrô nhảy sang quỹ đạo L, M, N xa hạt nhân hơn) Nguyên tử hiđrô trạng thái kích thích Nguyên tử hiđrô thái kích thích thời gian ngắn chừng (10-9s) Sau thời gian tự động chuyển trạng thái có lợng thấp cuối trở trạng thái có lợng thấp E0 Điều có nghĩa êlectrôn nguyên tử hiđrô nhảy vọt từ quỹ đạo O, N, M, L xa hạt nhân quỹ đạo gần hạt nhân lần nhảy nguyên tử xạ phôtôn * Sự tạo thành dãy quang phổ: P O N M L K Lyman Banme Pasen 11 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng b Vẽ sơ đồ biểu diễn mức lợng chuyển mức lợng êlectrôn tơng ứng Bài 3: Ba vạch quang phổ dãy Lyman nguyên tử hiđrô có bớc sóng lần lợt 1= 1216A0, 2= 1026A0 , 3= 973A0 Hỏi nguyên tử hiđrô bị kích thích làm cho êlectrôn kích thích cao chuyển lên quỹ đạo N nguyên tử phát vạch dãy Banme Tính bớc sóng vạch Đáp số: f12 = 4,57.1014Hz , f32= 1,6.1014 Hz, f53= 2,34.1014Hz, f63 = 2,74.1014Hz, 31 = 0,1026àm , 41 = 0,0972àm, 42 = 0,861àm , 52= 0,4341àm, 62 = 0,4102àm = 0,486àm , = 0,434àm, = 0,410àm = 6564,4A0, = 4929,7A0 44 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Loại 6: Xác định bán kính, vận tốc êlectrôn quỹ đạo hệ thức tính mức lợng nguyên tử hiđrô I Phơng pháp chung Quỹ đạo dừng: Êlectrôn chuyển động quanh hạt nhân quỹ đạo tròn có bán kính: rn = r0 n2 Với r0= 0,53.10-10 m n = 1,2,3 Năng lợng nguyên tử hiđrô trạng thái dừng: Năng lợng ứng với trạng thái dừng thứ n En = - E0 n2 (*) ( n = 1,2 ) Trong E0 = 13,6ev : lợng ion hoá E1 = E0 = - 13,6ev (E1 ứng với trạng thái n = 1) 12 Khi n En 0: Trạng thái ứng với êlectrôn xa hạt nhân vô Từ công thức (*) ta tính dễ dàng bớc sóng mn xạ phát nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng Em xuống En II Bài tập minh hoạ Bài 1: a Xác định quỹ đạo Bo thứ 2, thứ vận tốc quỹ đạo b Thiết lập biểu thức bớc sóng xạ phát nguyên tử chuyển từ trạng thái kích thích n > trạng thái n = c Tính hai bớc sóng giới hạn dãy quang phổ Cho biết K = 9.109Nm2/c2; m=9,1.10-31kg; e=1,6.10-19C; h=6,625.10-34Js Giải: 45 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng a Xác định r v: áp dụng công thức rn= n2r0 với r0 = 0,53.10-10m r2= 4r0 = 2,12.10-10m = 2,12A0 r3 = r0= 4,77.10-10m = 4,77A0 Độ lớn lực tác dụng hạt nhân nguyên tử êlectrôn nguyên tử là: F=k e2 r2 (1) Lực lực hớng tâm nên êlectrôn chuyển động tròn Fht = mv v (2) Từ (1) (2) ta có: F = Fht ke mv K = v = e r mr r = e K n mr Thay số vào ta có: 1,6.10 19 v= 2 9.10 = 1,1.106(m/s) 9,1.10 31.0,53.10 10 Tơng tự v3= 0,73.106m/s b Thiết lập biểu thức Khi chuyển từ mức lợng cao n >2 xuống mức lợng thấp n = nguyên tử hiđrô phát phôtôn có bớc sóng xác định sau: hf = h C 1 = En - E2 = E0 ( ) n Với n = 3,4,5 Hai bớc sóng giới hạn dãy quang phổ * Dãy Lyman: ứng với n = n = Bớc sóng thứ nhất: 46 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng C h = 1 E0( ) = E0 4hC 4.6,625.10 34.3.10 = = 0,1215 1= 3E 3.13,6.1,6.10 19 (àm) Bớc sóng thứ 2: C 1 h = E0 (11 ) = E0 = hC 6,625.10 34.3.108 = = 0,0913 (àm E0 13,6.1,6.10 19 ) * Dãy Banme ứng với n = 3, n= Bớc sóng giới hạn thứ C 1 5E 36hC h = E0( 2 32 ) = 36 = 5E = 0,657 (àm) Bớc sóng giới hạn thứ hai: C 1 E 4hC h = E0 ( 2 ) = 2= E = 0,365 (àm) * Dãy Pasen: n = 4, n= Bớc sóng giới hạn thứ C h =E0( E0 1 144hC 144.6,625.10 34.3.108 ) = = = = = 1,857 1 144 E0 32 7.13,6.10 19 (àm) Bớc sóng giới hạn thứ hai: C h = E0 1 9hC 9.6,5625.10 34.3.10 ) = = = = 0,822 E0( 2 E0 13,6.1,6.10 19 (àm) Bài 2: Các mức lợng nguyên tử hiđrô đợc cho công thức: En= - E0 ; n2 E0= 13,6ev; n = 1,2,3 M n=3 L n=2 K 47 Sinh viên: Trơng Thị Bích n=1 Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Tơng ứng mức quỹ đạo dừng K, L, M, N a Khi kích thích nguyển tử hiđrô trạng thái bản, việc hấp thụ phôtôn có lợng thích hợp, bán kính quỹ đạo dừng êlectrôn tăng lên lần Tìm bớc sóng xạ mà nguyển tử phát b Khi cung cấp cho nguyên tử hiđrô trạng thái phôtôn có mức lợng: 6ev, 12,75ev, 18ev trờng hợp nguyên tử hấp thụ đợc phôtôn không nguyên tử trạng thái c Nguyển tử hiđrô trạng thái va chạm với êlectrôn có lợng 10,6ev Trong trình tơng tác, giả sử nguyên tử đứng yên chuyển động lên trạng thái kích thích Tìm động êlectrôn sau va chạm? Giải: a Từ công thức rn = r0n2 ta thấy bán kính tăng lên lần có nghĩa n=3 Êlectrôn chuyển từ mức K lên mức M (n = 3) Sau êlectrôn chuyển mức thấp phát phôtôn ứng với bớc sóng êlectrôn chuyển từ mức lợng M (E3) mức L (E2) phát phôtôn có bớc sóng : = E 2 = 36 E hC 1 36hC 36.6,625.10 34.3.10 = E = = 0,657(àm) 5.13,6.1,6.10 19 E6 E5 E4 E3 H E2 DãyPasen Dãy Banme E1 Dãy Lyman 48 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Êlectrôn chuyển từ mức L (E2) chuyển mức K (E1) phát phôntôn có bớc sóng hC 1 4hC 4.6,625.10 34.3.10 = E0 ( ) = E0 = = = 0,121( àm) 3E 3.13,6.1,6.10 19 Êlectrôn chuyển từ mức M mức K phát phôtôn có bớc sóng hC 1 9hC 9.6,625.10 34.3.10 = E0 ( ) = E0 = = = 0,103( àm) 8E0 8.13,6.1,6.10 19 b Ta vẽ sơ đồ mức lợng nguyên tử hiđrô với E1= -13,6ev; E2= -3,4ev; E3= - 1,51ev; E4= -0,85ev; E = Êlectrôn chuyển động quỹ đạo có lợng xác định Với phôtôn có lợng 12,75ev, nguyên tử hấp thụ phôtôn lúc lợng êlectrôn là: E = - 13,6 +12,75 = -0,85v Đây mức lợng ứng với n = Với phôtôn có lợng 6ev nguyên tử không hấp thụ phôtôn Vì hấp thụ lợng êlectrôn : E = -13,6 +6 = -7,6ev Trên sơ đồ mức Do nguyên tử không hấp thụ phôtôn 6ev giữ trạng thái n = Với phôtôn có lợng 18ev nguyên tử hấp thụ phôtôn lúc nguyên tử bị ion hoá Lúc êlectrôn bị bứt khỏi nguyên tử có động năng: Wđ= 18 13,6 = 4,4ev c Tìm động êlectrôn sau va chạm áp dụng định luật bảo toàn lợng trớc va chạm lợng hệ: (êlectrôn cộng nguyên tử ) là: 49 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Et= Wđ + E1 Với E1là lợng nguyên tử trạng thái bản, W đ lợng êlectrôn Sau va chạm lợng hệ là: Es= Wđ+E2 Wđ động êlectrôn, E2 lợng nguyên tử trạng thái kích thích ta có: Et= Es Suy Wđ + E1 = Wđ + E2 Wđ = Wđ + E1- E2 = 10,6 - 13,6 + 3,4= 0,4ev Bài 3: Nguyên tử hiđrô gồm hạt nhân êlectrôn quay xung quanh Lực tác dụng êlectrôn hạt nhân lực Culông a Tìm vận tốc êlectrôn chuyển động quỹ đạo có bán kính r0 = 5,3.10-11m (quỹ đạo K) Từ tìm số vòng quay đơn vị thời gian b Cho biết lợng êlectrôn nguyên tử hiđrô xác định biểu thức: En = - Rh n2 Trong h số Plăng, R số, n số tự nhiên 1, 2, n = ứng với quỹ đạo K: quỹ đạo có lợng thấp nhất, n = ứng với quỹ đạo L Năng lợng có trị số âm, có nghĩa muốn bứt êlectrôn xa khỏi nguyên tử cần phải tốn lợng, để đa êlectrôn xa vô (E = 0) Bớc sóng dài dãy Lyman 1215A0, bớc sóng ngắn dãy Banme 3650A0 Tìm lợng cần thiết để bứt êlectrôn khỏi nguyên tử êlectrôn quỹ đạo K 50 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Tìm giá trị số R Cho biết K = 9.109 Nm ; e = 1,6.10-19C; m = 9,1.10-31kg C h = 6,625.10-34JS, 1A0 = 10-10m Giải: a Tìm vận tốc v, số vòng quay N Lực tơng tác tĩnh điện, êlectrôn (có độ lớn điện tích e) nhân prôtôn (cũng có độ lớn điện tích e) có độ lớn q1 q e2 F=k =k r r Lực lực hớng tâm : F = m e2 v2 K =m r r = 1,6.10 -19 v = e v2 r K vo = e mr K mr0 9.10 31 11 = 2,19.10 (m/s) 9,1.10 5,3.10 * Gọi N số vòng quay giây Ta có quãng đờng êlectrôn thực sau 1s 1à 2roN Đó vận tốc Vo nên: Vo =2ro N Vo 2,19.10 = N = 2r 2.5,3.10 11 = 6,58.1015(vòng/s) b * Năng lợng cần thiết để bứt êlectrôn khỏi nguyên tử quỹ đạo K ta cần cung cấp lợng E-E1 Các bớc sóng dãy Lyman dãy Banme lần lợt đợc tính hC = En- E1 ; n1 hC = Em- E2 m2 Bớc sóng dài dãy Lyman hC = E2- E1 (1) (do n1lớn En- E1 nhỏ nhất, mà En- E1 21 nhỏ E2- E1tơng ứng với 21) 51 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Bớc sóng ngắn dãy Banme đợc tính: hC = E - E2(2) (do m2nhỏ Em- E2 lớn Em- E2lớn E -E2 tơng ứng ) Cộng (1) (2) ta đợc: hC hC E-E1= + =hC + 21 21 1 -19 + J =13,625ev 10 10 =21,8.10 3650.10 1215.10 =6,625.10-34.3.108 * Tính R: En= - Rh n2 Ta có: E = 0, E1= - Rh nên E - E1= Rh= 21,8.10-19J 21,8.10 19 J R= = 3,29.1015S -1 6,625.10 34 Js III Bài tập đề nghị: Bài 1: Giá trị lợng trạng thái dừng nguyên tử hiđrô đợc xác định công thức En = - E0 với E0= 13,6ev, n = 1, 2, n2 a Tính bán kính quỹ đạo thứ vận tốc êlectrôn quỹ đạo Tìm độ biến thiên lợng êlectrôn chuyển từ trạng thái (mức) ứng với n = trạng thái có (n = 1) tính bớc sóng xạ phát b Hãy xác định vạch quang phổ nguyên tử hiđrô xuất bắn phá nguyên tử hiđrô trạng thái chùm êlectrôn có động 12,5ev Bài 2: Các mức lợng nguyên tử hiđrô đợc tính công thức: 52 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng En = - 13,6ev n2 (n = 1, 2) a Hãy tính lợng mức bản, mức kính thích đầu tiên, mức kích thích thứ 2, thứ Kiểm tra lại mức lợng không b Tính lợng để iôn hoá nguyên tử hiđrô Nếu nguyên tử lần lợt trạng thái trạng thái kích thích thứ Tính bớc sóng tơng ứng với phôtôn để iôn hoá nguyên tử hiđrô Đáp số a r5= 13,25A0 v5 = 4,4.105m/s E51 = 13,06ev 51 = 0,99.10-7m b 21 = 0,1227àm 31 = 0,1035àm 32 = 0,663àm a E1 = - 13,6ev; E2 = - 3,4ev E3 = 1,5ev; E4 = - 0,9ev E21 = 10,2ev E32 = 1,9ev E34 = 0,6ev b E = 13,6ev; = 0,0913àm E = 3,4ev; = 0,365àm 53 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Phần III: Kết luận chung Cùng với phát triển tiến xã hội đôi với phát triển hoàn thiện giáo dục Vấn đề giáo dục đào tạo ngời đợc Đảng Nhà nớc ta quan tâm Việc rèn luyện nâng cao trình độ sinh viên đóng góp cho phát triển chung Là sinh viên ý thức rõ trách nhiệm học tập thân Đề tài Hệ thống tập lợng tử ánh sáng mà chọn đề tài thiết thực trình bồi dỡng tri thức vững vàng cho công việc giảng dạy sau Dới hớng dẫn nhiệt tình thạc sỹ Đỗ Văn Toán, giúp đỡ thầy cô giáo khoa nỗ lực phấn đấu cố gắng thân, luận văn đề tài Hệ thống tập lợng tử ánh sáng chơng trình phổ thông đợc hoàn thành Nội dung luận văn gồm hai chơng: + Chơng 1: Hệ thống kiến thức chơng lợng tử ánh sáng phục vụ cho việc giải tập + Chơng 2: Phân tập thành loại Mỗi loại có phơng pháp giải chung dạng nhỏ, tập minh họa tập đề nghị cho bạn đọc tham khảo Các tập đợc chọn lọc từ tài liệu tham khảo ôn thi đại học cao đẳng, đề thi tuyển sinh đại học 1998-2004 sách giáo khoa vật lý 12 Mặc dù cố gắng hết mình, chịu khó tìm tòi tài liệu, nhng thời gian có hạn trình độ sinh viên làm khoá luận nên chắn luận văn không tránh khỏi sai sót Rất mong đợc thông cảm, giúp đỡ thầy cô bạn 54 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Luận văn tài liệu tham khảo tốt cho học sinh ôn thi đại học ngời có quan tâm Cuối lần em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa, đặc biệt thầy Đỗ Văn Toán nhiệt tình hớng dẫn giúp đỡ em thời gian vừa qua Vinh, tháng năm 2005 55 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Mục lục Trang Lời cảm ơn Phần I Phần mở đầu Phần II Phần nội dung Chơng I: Cơ sở lý thuyết Chơng II: Phân loại tập Loại 1: Xác định đặc trng Kim loại 0, A Êlectrôn quang điện Eđ, vomax Hiệu điện hãm uh, điện cực đại Loại 2: Dòng quang điện bão hoà, công xuất xạ hiệu suất lợng tử Loại 3: Êlectrôn chuyển động điện trờng từ trờng Loại 4: ứng dụng tợng quang điện vào đo số đại 14 14 21 26 35 lợng vật lý Loại 5: Xác định vạch phổ nguyên tử hiđrô Loại 6: Xác định bán kính, vận tốc êlectrôn quỹ đạo hệ thức 39 45 tính mức lợng nguyên tử hiđrô Phần III: Kết luận chung Mục lục Tài liệu tham khảo 54 56 57 56 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Tài liệu tham khảo [1] Hớng dẫn giải toán vật lý lớp 12 chuyên đề Quang hình, quang lý, vật lý hạt nhân Lê Văn Thông NXB Đà Nẵng [2] Những tập vật lý hay khó chơng trình phổ thông trung học tập III Quang học, vật lý hạt nhân Vũ Thanh Khiết NXB đại học Quốc gia Hà Nội [3] Tuyển tập đề thi tuyển sinh vào trờng Đại học cao đẳng, năm học 1998 - 1999 đến 2003 - 2004 môn vật lý Trần Thái Hoa, Vũ Mạnh Quang NXB Đại học S phạm [4] Giới thiệu đề thi tuyển sinh năm học 2001-2002 (vào Đại học Cao đẳng toàn quốc) môn vật lý NXB Đại học quốc gia Hà Nội [5] Ôn thi Đại học môn vật lý chuyên đề Quang hình học, quang vật lý, vật lý hạt nhân Trần Trọng Hng NXB trẻ [6] Tuyển chọn tập luyện thi vào đại học cao đẳng môn vật lý Nguyễn Quang Hậu Trần Ngọc Hợi, Ngô Quốc Quýnh NXB Giáo dục [7] Kiến thức nâng cao vật lý trung học phổ thông Tập III - Vũ Thanh Khiết - NXB Hà Nội [8] Để học tốt vật lý trung học phổ thông 180 toán quang lý vật lý hạt nhân - Đỗ Xuân Hợi NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [9] 121 Bài toán quang lý vật lý hạt nhân Vũ Thanh Khiết, Dơng Trọng Bái, Ngô Quốc Quýnh, Nguyễn Anh Thi, Nguyễn Đức Hiệp NXB tổng hợp Đồng Nai 57 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng [10] Sách giáo khoa Vật lý 12 - Đào Văn Phúc, Dơng Trọng Bái, Nguyễn Thợng Chung, Vũ Quang NXB Giáo dục 58 Sinh viên: Trơng Thị Bích [...]... cờng độ chùm sáng không có ảnh hởng gì Muốn tăng vận tốc của các quang êlectrôn thì phải giảm bớc sóng ánh sáng kích thích Khi giữ nguyên bớc sóng ánh sáng kích thích dòng quang điện qua tế bào chịu ảnh hởng của cờng độ chùm sáng Nói riêng cờng độ dòng quang điện bão hoà tỷ lệ thuận với cờng độ chùm sáng II Bài tập đề nghị: 32 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống bài tập lợng tử ánh sáng Bài tập 1: Cho... = (Vmax)1 2 Uh = 1,7V III Bài tập đề nghị Bài 1: Công thoát của natri bằng 2,48ev Đợc chiếu bằng ánh sáng có bớc sóng = 0,31àm Hãy xác định 19 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống bài tập lợng tử ánh sáng a Hiệu điện thế hãm b Vận tốc ban đầu cực đại của các quang êlectrôn bứt ra c Nếu bớc sóng ánh sáng giảm đi chỉ còn 0,305àm thì hiệu điện thế hãm phải thay đổi bao nhiêu? Bài 2 Catốt của tế bào quang.. .Hệ thống bài tập lợng tử ánh sáng Nguyên tử hiđrô có quang phổ phát xạ gồm các dãy Mỗi dãy gồm nhiều vạch tơng ứng với một bớc sáng xác định đợc tính theo công thức: hC = Em- En mn + Dãy Lyman (vùng tử ngoại) m n = 1 (K) Khi này hC hC = = Em- E1 mn m1 + Dãy Banme (vùng ánh sáng thấy đợc và vùng tử ngoại) m n = 2 (L) hC hC = = Em- E2 mn m 2 + Dãy... Công suất bức xạ và hiệu suất lợng tử I Phơng pháp giải chung: 1 Cờng độ dòng quang điện bão hoà: Ibh = e.Ne Trong đó: e là độ lớn điện tích của êlectrôn Ne là số êlectrôn rời khỏi catốt trong 1s 2 Hiệu suất lợng tử: Ne H= N f Trong đó: Nf là số phôtôn đến catốt trong 1s 20 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống bài tập lợng tử ánh sáng 3 Công suất bức xạ P = N f II Các bài tập minh họa: 1 Dạng 1: Cờng độ... Bài tập đề nghị Bài 1: Chiếu một bức xạ màu tím = 0,41àm lên kim loại natri dùng làm catốt của một tế bào quang điện a Biết hiệu điện thế hãm U h = 0,76V Tìm công thoát của êlectrôn của kim loại 24 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống bài tập lợng tử ánh sáng b Tế bào quang điện làm việc ở chế độ bão hoà độ nhạy phổ của nó là J = 4,8mA/w (nghĩa là cờng độ dòng quang điện bão hoà là 4,8mA khi chiếu ánh. .. Trơng Thị Bích Hệ thống bài tập lợng tử ánh sáng Chơng II: Phân loại bài tập Loại 1: Xác định các đặc trng * Kim loại 0, A * Êlectrôn quang điện Eđ, V0max * Hiệu điện thế hãm Uh, điện thế cực đại I Phơng pháp giải chung 1 Giới hạn quang điện ( 0) Công thoát êlectrôn của kim loại (A) - Ta áp dụng công thức: 0 = hC (*) A Trong đó: h là hằng số Plăng h = 6,625.10-34J s C là vận tốc ánh sáng C = 3.108m/s... mv 12 1 = 1 0 2 2 36 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống bài tập lợng tử ánh sáng hC hC 1 = - mv 12 0 1 2 hC hC 1 0= mv12 = 0,38àm 1 2 Bài 2: Catốt của một tế bào quang điện đợc rọi lần lợt với các bức xạ có bớc sáng: 1 = 440nm , 2= 680nm Hiệu điện thế hãm thay đổi theo hệ số 3,3 Hãy tính công thoát của êlectrôn đối với kim loại làm catốt Giải: áp dụng hệ thức Anhxtanh: hC hC = A + eu1 eu1 = A 1 1... vmax 2 vmax1 a + = + 1,44.10 6 1,15.10 6 = 1,1.10 8 (s) 13 2,64.10 + + A K Bài 2: Một đèn phát ánh sáng đơn sắc có bớc sóng = 0,5 àm đợc dùng để chiếu vào một tế bào quang điện làm bằng Cesi có giới hạn quang điện 0 = 0,66àm, quang êlectrôn bứt ra bị điện đờng cản E = 27 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống bài tập lợng tử ánh sáng const chuyển động đợc đoạn đờng tối đa là 2mm Tính cờng độ điện trờng... hằng số Plăng Giải: áp dụng hệ thức Anhxtanh 1 2 hf1= A + m v 21 max = A +eU1 35 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống bài tập lợng tử ánh sáng 1 2 hf2= A + m v 2 2 max = A +eU2 hf1 hf2 = eU1 eU2 = e(U1- U2) h= e(U 1 U 2 ) f1 f 2 1,6.10 19 (6,6 8) = = 6,627.10 34 (J.s) 15 15 2,2.10 2,538.10 2 Dạng 2: Xác định khối lợng êlectrôn, giới hạn quang điện và công thoát êlectrôn Bài 1: Khi chiếu lần lợt 2... một phút có 2,34.10 8 phôtôn đến catốt và hiệu suất lợng tử bằng 80% Hãy tính cờng độ dòng quang điện bão hoà Giải: a Theo định nghĩa hiệu suất lợng tử ta tính: Ne I /e I H = N = P / = P e f f f 21 Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống bài tập lợng tử ánh sáng Ne, Nf, là số êlectrôn rời khỏi catốt và số phôtôn đến catốt trong cùng một đơn vị thời gian I là cờng độ dòng quang điện bão hoà Pf là công suất ... chất ánh sáng Quang lý nhằm trả lời chất ánh sáng gì? Hai chơng Tính chất sóng ánh sáng Lợng tử ánh sáng cho biết ánh sáng có lỡng tính sóng hạt Chơng Lợng tử ánh sáng nói tính chất hạt ánh sáng. .. Chơng I: Cơ sở lý thuyết Trình bày hệ thống lý thuyết công thức chơng Lợng tử ánh sáng Chơng II: Phân loại tập Sinh viên: Trơng Thị Bích Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Loại 1: Xác định đặc trng Kim.. .Hệ thống tập lợng tử ánh sáng Phần i: Mở đầu I Lý chọn đề tài ánh sáng điều kỳ diệu mà thiên nhiên ban tặng cho sống Để hiểu biết ánh sáng quang học ngành khoa học chuyên nghiên cứu chất ánh