Đang tải... (xem toàn văn)
giúp bạn có cái nhìn tổng quan về chương lượng tử ánh sáng.cố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lêncố lên
CHUYÊN ĐỀ: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG A TÓM TẮT LÝ THUYẾT I Hiện tượng quang điện(ngoài) - Thuyết lượng tử ánh sáng a Hiện tượng quang điện Hiện tượng ánh sáng làm bật electron khỏi mặt kim loại gọi tượng quang điện (gọi tắt tượng quang điện) b Các định luật quang điện + Định luật quang điện thứ (định luật giới hạn quang điện): Đối với kim loại ánh sáng kích thích phải có bước sóng ngắn hay giới hạn quang điện 0 kim loại đó, gây tượng quang điện: 0 + Định luật quang điện thứ hai (định luật cường độ dòng quang điện bảo hòa): Đối với ánh sáng thích hợp (có 0), cường độ dòng quang điện bảo hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích + Định luật quang điện thứ ba (định luật động cực đại quang electron): Động ban đầu cực đại quang electron không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích, mà phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích chất kim loại I Ibảo hòa Uh O U c Thuyết lượng tử ánh sáng + Chùm ánh sáng chùm phôtôn (các lượng tử ánh sáng) Mỗi phôtôn có lượng xác định (năng lượng phô tôn = hf (J) Nếu chân không h f h.c f tần số sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng h=6,625.10-34 J.s : số Plank; c =3.108 m/s : vận tốc ánh sáng chân không + Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát giây + Phân tử, nguyên tử, electron… phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, nghĩa chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn + Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s chân không + Năng lượng phôtôn nhỏ Một chùm sáng dù yếu chứa nhiều phôtôn nhiều nguyên tử, phân tử phát Vì ta nhìn thấy chùm sáng liên tục +Phôtôn tồn trạng thái chuyển động Không có phôtôn đứng yên d Giải thích định luật quang điện + Công thức Anhxtanh tượng quang điện: hf = hc = A + mv 02 max + Giải thích định luật thứ nhất: Để có tượng quang điện lượng phôtôn phải lớn công thoát: hf = hc hc A= 0; 0 -với 0 giới hạn quang điện kim loại: -Công thoát e khỏi kim loại : -Tần số sóng ánh sáng giới hạn quang điện : hc A h.c A 0 c f0 0 0 = với : V0 vận tốc ban đầu cực đại quang e (Đơn vị V0 m/s) 0 giới hạn quang điện kim loại làm catot (Đơn vị 0 m; m; nm;pm) m (hay me ) = 9,1.10-31 kg khối lượng e; e = 1,6.10-19 C điện tích nguyên tố ; 1eV=1,6.10-19J +Bảng giá trị giới hạn quang điện Chất kim loại Chất kim loại Chất bán dẫn o(m) o(m) o(m) Bạc 0,26 Natri 0,50 Ge 1,88 Đồng 0,30 Kali 0,55 Si 1,11 Kẽm 0,35 Xesi 0,66 PbS 4,14 Nhôm 0,36 Canxi 0,75 CdS 0,90 e Lưỡng tính sóng - hạt ánh sáng +Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang +Trong tượng quang học, ánh sáng thường thể rỏ hai tính chất Khi tính chất sóng thể rỏ tính chất hạt lại mờ nhạt, ngược lại +Sóng điện từ có bước sóng ngắn, phôtôn có lượng lớn tính chất hạt thể rõ, tượng quang điện, khả đâm xuyên, khả phát quang…,còn tính chất sóng mờ nhạt +Trái lại sóng điện từ có bước sóng dài, phôtôn ứng với có lượng nhỏ, tính chất sóng lại thể rỏ tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, …, tính chất hạt mờ nhạt II Hiện tượng quang điện a Chất quang dẫn Chất quang dẫn chất bán dẫn, dẫn điện không bị chiếu sáng dẫn điện tốt bị chiếu ánh sáng thích hợp b Hiện tượng quang điện Hiện tượng ánh sáng giải phóng electron liên kết để chúng trở thành electron dẫn đồng thời tạo lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện, gọi tượng quang điện c Quang điện trở Được chế tạo dựa hiệu ứng quang điện Đó bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi cường độ chùm ánh sáng chiếu vào thích hợp d Pin quang điện Pin quang điện nguồn điện quang biến đổi trực tiếp thành điện Hoạt động pin dựa tượng quang điện số chất bán dẫn ( đồng ôxit, sêlen, silic, ) Suất điện động pin thường có giá trị từ 0,5 V đến 0,8 V Pin quang điện (pin mặt trời) trở thành nguồn cung cấp điện cho vùng sâu vùng xa, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ, máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi … III So sánh tượng quang điện quang điện trong: So sánh Hiện tượng quang điện Hiện tượng quang dẫn Vật liệu Kim loại Chất bán dẫn Bước sóng as kích thích Nhỏ, lượng lớn (như tia tử ngoại) Vừa, lượng trung bình (as nhìn thấy ) Do ưu điểm cần as kích thích có lượng nhỏ (bước sóng dài as nhìn thấy) nên tượng quang điện ứng dụng quang điện trở (điện trở thay đổi chiếu as kích thích, dùng mạch điều khiển tự động) pin quang điện (biến trực tiếp quang thành điện năng) IV Hiện tượng quang–Phát quang a Sự phát quang + Có số chất hấp thụ lượng dạng đó, có khả phát xạ điện từ miền ánh sáng nhìn thấy Các tượng gọi phát quang + Mỗi chất phát quang có quang phổ đặc trưng cho b.Huỳnh quang lân quang- So sánh tượng huỳnh quang lân quang: So sánh Vật liệu phát quang Thời gian phát quang Đặc điểm - Ứng dụng Hiện tượng huỳnh quang Chất khí chất lỏng Rất ngắn, tắt nhanh sau tắt as kích thích As huỳnh quang có bước sóng dài as kích thích (năng lượng nhỏ hơn- tần số ngắn hơn) Hiện tượng lân quang Chất rắn Kéo dài khoảng thời gian sau tắt as kích thích (vài phần ngàn giây đến vài giờ, tùy chất) Biển báo giao thông, đèn ống c Định luật Xtốc phát quang( Đặc điểm ánh sáng huỳnh quang ) Ánh sáng phát quang có bước sóng hq dài bước sóng ánh sáng kích thích kt: hf hq < hfkt => hq > kt d.Ứng dụng tượng phát quang Sử dụng đèn ống để thắp sáng, hình dao động kí điện tử, tivi, máy tính Sử dụng sơn phát quang quét biển báo giao thông V Mẫu nguyên tử Bo a Mẫu nguyên tử Bo +Tiên đề trạng thái dừng -Nguyên tử tồn số trạng thái có lượng xác định En, gọi trạng thái dừng Khi trạng thái dừng, nguyên tử không xạ GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang -Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi quỹ đạo dừng -Công thức tính quỹ đạo dừng electron nguyên tử hyđrô: rn = n2r0, với n số nguyên r0 = 5,3.10-11 m, gọi bán kính Bo (lúc e quỹ đạo K) Trạng thái dừng n Tên quỹ đạo dừng K L M N O P Bán kính: rn = n2r0 r0 4r0 9r0 16r0 25r0 36r0 13,6 13,6 13,6 - - 2 13, (eV ) Với n N* Năng lượng electron nguyên tử hiđrô: En = Năng lượng e Hidro En = - 13,6 (eV) n2 - 13,6 12 - - 13,6 52 - 13,6 62 n -Bình thường, nguyên tử trạng thái dừng có lượng thấp gọi trạng thái Khi hấp thụ lượng nguyên tử chuyển lên trạng thái dừng có lượng cao hơn, gọi trạng thái kích thích Thời gian nguyên tử trạng thái kích thích ngắn (cỡ 10-8 s) Sau nguyên tử chuyển trạng thái dừng có lượng thấp cuối trạng thái + Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử -Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lượng En sang trạng thái dừng có lượng Em nhỏ nguyên tử phát phôtôn có lượng: = hfnm = En – Em -Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng E m mà hấp thụ phôtôn có lượng hf hiệu En – Em chuyển sang trạng thái dừng có lượng En lớn -Sự chuyển từ trạng thái dừng Em sang trạng thái dừng En ứng với nhảy electron từ quỹ đạo dừng có bán kính rm sang quỹ đạo dừng có bán kính rn ngược lại En b Quang phổ phát xạ hấp thụ nguyên tử hidrô hấp thụ xạ -Nguyên tử hiđrô có trạng thái dừng khác EK, EL, EM, hfmn Khi electron chuyển động quỹ đạo dừng K, L, M, Em -Khi electron chuyển từ mức lượng cao (Ecao) xuống mức lượng thấp (Ethấp) phát phôtôn có lượng xác định: hf = Ecao – Ethấp -Mỗi phôtôn có tần số f ứng với sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng = hfnm c , tức vạch quang phổ có f màu (hay vị trí) định Điều lí giải quang phổ phát xạ hiđrô quang phổ vạch -Ngược lại nguyên tử hiđrô mức lượng Ethấp mà nằm chùm ánh sáng trắng, có tất phôtôn có lượng từ lớn đến nhỏ khác nhau, nguyên tử hấp thụ phôtôn có lượng phù hợp = Ecao – Ethấp để chuyển lên mức lượng Ecao Như vậy, sóng ánh sáng đơn sắc bị hấp thụ, làm cho quang phổ liên tục xuất vạch tối Do quang phổ hấp thụ nguyên tử hiđrô quang phổ vạch VI Sơ lược laze Laze nguồn sáng phát chùm sáng cường độ lớn dựa việc ứng dụng tượng phát xạ cảm ứng a Đặc điểm laze + Laze có tính đơn sắc cao + Tia laze chùm sáng kết hợp (các phôtôn chùm có tần số pha) + Tia laze chùm sáng song song (có tính định hướng cao) + Tia laze có cường độ lớn Ví dụ: laze rubi (hồng ngọc) có cường độ tới 106 W/cm2 b Một số ứng dụng laze + Tia laze dùng dao mổ phẩu thuật mắt, để chữa số bệnh da (nhờ tác dụng nhiệt), + Tia laze dùng truyền thông thông tin cáp quang, vô tuyến định vị, điều khiển tàu vũ trụ, + Tia laze dùng đầu đọc đĩa CD, bút bảng, đồ, thí nghiệm quang học trường phổ thông, + Tia laze dùng đo đạc , ngắm đưởng thẳng + Ngoài tia laze dùng để khoan, cắt, tôi, xác vật liệu công nghiệp GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang B CÁC DẠNG BÀI TẬP I HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN: Các công thức: +Năng lượng phôtôn ánh sáng: = hf Trong chân không: = hc hc hc = A + mv 02 max = + Wdmax; 0 hc +Giới hạn quang điện : 0 = ; A h.c + Công thoát e khỏi kim loại : A 0 +Công thức Anhxtanh: hf = v0Max vận tốc ban đầu electron quang điện thoát khỏi catốt f, tần số, bước sóng ánh sáng kích thích + Để dòng quang điện triệt tiêu UAK Uh (Uh < 0): eU h = mv02Max Lưu ý: Trong số toán người ta lấy Uh > độ lớn Uh gọi hiệu điện hãm + Xét vật cô lập điện, có điện cực đại VMax khoảng cách cực đại dMax mà electron chuyển động điện trường cản có cường độ E tính theo công thức: e VMax = mv02Max = e Ed Max + Với U hiệu điện anot catot, v A vận tốc cực đại electron đập vào anốt, vK = v0Max 1 e U = mvA2 - mvK2 vận tốc ban đầu cực đại electron rời catốt thì: 2 pt ptλ Nλ = = +Số hạt photôn đập vào: ε hc +Công suất nguồn sáng: P n n số photon phát giây lượng tử ánh sáng +Cường độ dòng quang điện bão hòa: Ibh nee (Giả sử n= ne , với n số electron đến Anốt) ne số quang electron khỏi catot giây = n số electron tới anot giây e điện tích nguyên tố +Hiệu điện hãm: / eU h / +Hiệu suất lượng tử: H ne ne n me v02 Hay : H = I bh hc pλ e số electron khỏi catot kim loại giây n số photon đập vào catot giây Các HẰNG SỐ Vật Lý ĐỔI ĐƠN VỊ Vật Lý : +Hằng số Plank: h = 6,625.10-34 J.s +Vận tốc ánh sáng chân không: c = 3.108 m/s +Điện tích nguyên tố : |e| = 1,6.10-19 C; hay e = 1,6.10-19 C +Khối lượng e : m (hay me ) = 9,1.10-31 kg +Đổi đơn vị: 1eV=1,6.10-19J 1MeV=1,6.10-13J +Các số cài sẵn máy tinh cầm tay Fx570MS; Fx570ES; 570ES Plus lệnh: [CONST] Number [0 40] ( xem mã lệnh nắp máy tính cầm tay ) +Lưu ý : Khi tính toán dùng máy tính cầm tay, tùy theo yêu cầu đề nhập trực tiếp số từ đề cho , muốn kết xác nên nhập số thông qua mã lệnh CONST [0 40] cài đặt sẵn máy tinh! (Xem thêm bảng HẰNG SỐ VẬT LÍ đây) GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang * -Ví dụ1: Máy 570ES: Các hàng số Hằng số Plăng (h) Tốc độ ánh sáng chân không (C0) hay c Điện tích êlectron (e) Khối lượng êlectron (me) Hằng số Rydberg RH (R) Các dạng tập: Thao tác bấm máy Fx 570ES SHIFT CONST 06 = SHIFT CONST 28 = Kết hiển thị hình 6.62606876 10-34 J.s 299792458 m/s SHIFT CONST 23 = SHIFT CONST 03 = SHIFT CONST 16 = 1.602176462 10-19 C 9.10938188 10-31 Kg Ghi 1,097373157.10 (m-1) Cho eV = 1,6.10-19 J ; h = 6,625.10-34 Js ; c = 3.108 m/s; me = 9,1.10-31 kg Dạng 1: Tính giới hạn quang điện, công thoát vận tốc cực đại ban đầu e quang điện bật khỏi Katot h.c hc ; Công thoát A ; A: J eV; 1eV =1,6.10-19 J 0 A hc -Phương trình Anhxtanh:hf = = A + mv 02 max a.PPG: -Giới hạn quang điện: 0 = -Động cực đại: 2hc 1 1 hc hc ( ) Wd max hc( ) mv0 => v0 me 0 0 0 34 19 -Các số : h 6,625.10 ; c 3.10 m / s ; e 1,6.10 C ; me 9,1.1031 kg b.Các Ví dụ : Ví dụ 1: Giới hạn quang điện kẽm o = 0,35m Tính công thoát êlectron khỏi kẽm? hc hc 6,625.1034.3.108 A HD giải: Từ công thức: 0 =5,67857.10-19 J =3,549eV A 0 0,35.10 Bấm máy tính: phân số SHIFT 06 h X SHIFT 28 Co 0,35 X10x -6 = 5.6755584x10-19J Đổi sang eV: Chia tiếp cho e: Bấm chia SHIFT 23 = Hiển thị: 3,5424 eV Nhận xét: Hai kết khác thao tác cách nhập hắng số !!! Ví dụ 2: (TN-2008): Giới hạn quang điện đồng (Cu) λ0 = 0,30 μm Biết số h = 6,625.10-34 J.s vận tốc truyền ánh sáng chân không c = 3.108 m/s Công thoát êlectrôn khỏi bề mặt đồng A.6,625.10-19 J HD Giải: Công thoát: A B 6,265.10-19 J C 8,526.10-19 J D 8,625.10-19 J hc 6,625.10 34.3.108 6,625.10 -19 J Đáp án A 6 0 0,3.10 Ví dụ 3: Gới hạn quang điện Ge o = 1,88m Tính lượng kích họat (năng lượng cần thiết để giải phóng êlectron liên kết thành êlectron dẫn) Ge? hc hc 6,625.1034.3.108 A HD giải: Từ công thức: 0 =1,057.10-19 J = 0,66eV A 0 1,88.10 Ví dụ 4: Một kim loại có công thoát 2,5eV Tính giới hạn quang điện kim loại : A 0,4969 m B 0,649 m C 0,325 m 34 D 0,229 m hc 6.625.10 3.10 HD Giải: Giới hạn quang điện =4,96875.10-7 m = 0,4969m Đáp án A A 2.5.1,6.1019 Ví dụ 5: Giới hạn quang điện KL dùng làm Kotot 0,66m Tính: Công thoát KL dùng làm K theo đơn vị J eV Tính động cực đại ban đầu vận tốc cực đại e quang điện bứt khỏi K, biết ánh sáng chiếu vào có bước sóng 0,5m hc hc A =1,875eV=3.10-19 J HD giải: 0 A 0 GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 2hc 1 1 ( ) Wd max hc( ) = 9,63.10-20 J => v0 me 0 0 v0 Thế số: 2.6,625.1034.3.108 1 ( ) = 460204,5326 = 4,6.105 m/s 9,1.1031.106 0,5 0,66 Ví dụ 6: Catốt tế bào quang điện có công thoát 3,5eV a Tìm tần số giới hạn giới hạn quang điện kim loại b Khi chiếu vào catốt xạ có bước sóng 250 nm có xảy tượng quang điện không? -Tìm hiệu điện A K để dòng quang điện -Tìm động ban đầu cực đại êlectron quang điện -Tìm vận tốc êlectron quang điện bật khỏi K HD giải: a.Tần số giới hạn quang điện: f = c/0 = A/h = 3,5.1,6.10-19/6,625.10-34 = 0,845.1015 Hz Giới hạn quang điện o = hc/A = 6,625.10-34.3.108/3,5.1,6.10-19= 3,55.10-7m =0,355 m b Vì = 250 nm =0,250m < o = 0,355 m nên xảy tượng quang điện -Để dòng quang điện triệt tiêu công điện trường phải triệt tiêu động ban đầu cực đại êlectron quang mv02 hc 6,625.1034.3.108 ( A) ( 3,5.1,6.1019 ) => Uh = - 1,47 V 2.e e 1,6.1019 25.108 mv02 -Động ban đầu cực đại / eU h / 1,47eV = 1,47.1,6.10-19 = 2,35.10-19J = 0,235.10-18J 1 mv 02 Hay : Wđ = hc 6,625.10 34.3.108 = 0,235.10-18J 8 8 35,5.10 25.10 0 eU h mv02 Uh -Vận tốc êlectron v0 2Wđ m 2.0,235.10 18 7,19.10 m/s 9,1.10 31 Dạng 2: Liên hệ động ban đầu( vận tốc ban đầu)và hiệu điện hãm cực A K để triệt tiêu dòng quang điện PPG -PT Anhxtanh: hf = - Định lý động năng: hc = A + mv 02 max eUh Wd max => U h hc 1 ( ) e 0 Ví dụ 1: Ta chiếu ánh sáng có bước sóng0,42 m vào K tbqđ Công thoát KL làm K 2eV Để triệt tiêu dòng quang điện phải trì hiệu điện hãmUAK bao nhiêu? HD Giải: Uh hc 1 ( ) Tính Uh= - 0,95V e 0 Ví dụ 2: Chiếu chùm xạ điện từ có tần số f = 5,76.1014 Hz vào miếng kim loại quang electron có vận tốc ban đầu cực đại v = 0,4.106 m/s Tính công thoát electron bước sóng giới hạn quang điện kim loại hc HD Giải : A = hf - mv02 = 3,088.10-19 J; 0 = = 0,64.10-6 m A Ví dụ 3: Công thoát electron khỏi kim loại natri 2,48 eV Một tế bào quang điện có catôt làm natri, chiếu sáng chùm xạ có = 0,36 m cho dòng quang điện có cường độ bảo hòa 3A Tính vận tốc ban đầu cực đại electron quang điện số electron bứt khỏi catôt giây I hc 2Wd HD Giải: Wd0 = - A = 1,55.10-19 J; v0 = = 0,58.106 m/s; ne = bh = 1,875.1013 m e Ví dụ 4: Chiếu xạ có bước sóng = 0,438 m vào catôt tế bào quang điện Biết kim loại làm catôt tế bào quang điện có giới hạn quang điện 0 = 0,62 m Tìm điện áp hãm làm triệt tiêu dòng quang điện GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang HD Giải : Wd0 = W hc hc = 1,33.10-19 J; Uh = - d = - 0,83 V 0 e Ví dụ 5: Chiếu xạ điện từ có bước sóng vào catôt tế bào quang điện Biết công thoát electron kim loại làm catôt 3eV electron bắn với vận tốc ban đầu cực đại 7.105 m/s Xác định bước sóng xạ điện từ cho biết xạ điện từ thuộc vùng thang sóng điện từ HD Giải : = hc = 0,215.10-6 m; xạ thuộc vùng tử ngoại A mv0 Ví dụ 6: Chiếu xạ có bước sóng 0,405m vào kim loại quang electron có vận tốc ban đầu cực đại v1 Thay xạ khác có tần số 16.1014 Hz vận tốc ban đầu cực đại quang electron v2 = 2v1 Tìm công thoát electron kim loại 1 c HD Giải: f1 = = 7,4.1014 Hz; mv12 = hf1 – A; mv22 = mv12 = hf2 – A 2 1 4hf1 hf2 hf A 4= A= = 3.10-19 J hf1 A Ví dụ 7: Chiếu xạ có bước sóng = 0,4 m vào catôt tế bào quang điện Biết công thoát electron kim loại làm catôt A = eV, điện áp anôt catôt UAK = V Tính động cực đại quang electron tới anôt hc HD Giải : Wđ0 = - A = 8,17.10-19 J; Wđmax = Wđ0 + |e|UAK = 16,17.10-19 J = 10,1 eV Ví dụ 8: Catot tế bào quang điện làm đồng, công thoát khỏi đồng 4,47eV Cho biết: h = 6,625.10-34 (J.s) ; c = 3.108 (m/s) ; e = 1,6.10-19 (C) a Tính giới hạn quang điện đồng b Chiếu đồng thời xạ điện từ có bước sóng λ1 = 0,210 (μm) λ2 = 0,320 (μm) vào catot tế bào quang điện trên, phải đặt hiệu hãm để triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện HD Giải : hc 6,625.10 34.3.10 a Tính λ0 Giới hạn quang điện đồng: λ0 = 0,278( μm) A 4,47.1,6.10 19 b Tính Uh: λ1 < λ0 < λ2 có λ1 gây tượng quang điện W hc Điều kiện để dòng quang điện triệt tiêu: e U AK eU h Wđ max U h đ max A 1,446(V) e e Ví dụ 9: Tính lượng, động lượng khối lượng photôn ứng với xạ điện từ sau đây: a Bức xạ đỏ có λ = 0,76 μm b Sóng vô tuyến có λ = 500 m c Tia phóng xạ γ có f = 4.1017 KHz Cho biết c = 3.108 m/s ; h = 6,625.10-34 J.s HD Giải : a Bức xạ đỏ có λ = 0,76 μm 6,625.10 34.3.10 - Năng lượng: ε = hf = 26,15.10 20 ( J ) 6 0,76.10 8,72.10 28 (kg.m / s) - Khối lượng: m = = 2,9.10-36 (kg) - Động lượng: ρ = c c b Sóng vô tuyến có λ = 500 m Tương tự, ta có: - Năng lượng: ε = hf = 3,975.10 28 ( J ) - Động lượng: ρ = 1,325.10 36 (kg.m / s) - Khối lượng: m = = 4,42.10-45 (kg) c c c Tương tự:- Năng lượng: ε = hf = 26,5.10-14 (J) - Động lượng: ρ = 8,8.10 22 (kg.m / s) c - Khối lượng: m = Dạng 3: Cho UAK> tính vận tốc e đập vào Anot = 0,94.10-31 (kg) c PPG: Gọi v vận tốc e đập vào Anot Áp dụng định lí động năng: GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 2 1 mv mv0 eU AK => mv2 mv02 eU AK => mv2 A eU AK 2 2 2 1 mv hc( ) eU AK => v 0 Dạng 4: Cho công suất nguồn xạ Tính số Phôton đập vào Katot sau thời gian t PPG: Năng lượng chùm photon rọi vào Katot sau khoảng thời gian t: W = P.t -Số photon đập vào Katot: n W P..t h.c -Công suất nguồn : P = nλ.ε (nλ số photon tương ứng với xạ λ phát giây) -Cường độ dòng điện bão hoà : Ibh = ne.e (ne số electron quang điện từ catot đến anot giây) -Hiệu suất quang điện : H = ne n Ví dụ 1: Một đèn phát ánh sáng đơn sắc có =0,6m phát photon 10s công W P..t 10.0,6.106.10 3,0189.1020 = 3,02 1020 photon suất đèn P = 10W.Giải: n 34 h.c 6.625.10 3.10 Ví dụ 2: Nguồn Laser mạnh phát xung xạ có lượng W 3000 J Bức xạ phát có bước sóng 480 nm Tính số photon xạ đó? HD Giải : Gọi số photon xung n ( lượng photon) Năng lượng xung Laser: W n n W W. 3000.480.109 7, 25.1021 photon 34 h.c 6,625.10 3.10 Dạng 5: Cho cường độ dòng quang điện bão hoà Tính số e quang điện bật khỏi Katot sau khoảng thời gian t q I bh.t PPG: Điện lượng chuyển từ K A : q= Ibh.t = ne.e => ne e e Gọi ne số e quang điện bật Kaot ( ne n ); Gọi n số e quang đến Anốt ( n ne , Khi I = Ibh Thì n = ne ) Lưu ý: Nếu đề không cho rõ % e quang điện bật Anot lúc ta cho n= ne = n Ví dụ 1: Cho cường độ dòng quang điện bão bào 0,32mA Tính số e tách khỏi Katot tế bào quang điện thời gian 20s biết 80% số e tách Anot ne I bh.t ne 0,32.103.20 n n 5.1016 hat HD Giải: H = = 0,8 => n = Hay: Thế số: 19 n e.H H 1, 6.10 0,8 Ví dụ 2: Một tế bào quang điện có catôt làm Asen có công thoát electron 5,15 eV Chiếu chùm sáng đơn sắc có bước sóng 0,20 m vào catôt tế bào quang điện thấy cường độ dòng quang điện bảo hòa 4,5 A Biết công suất chùm xạ mW Xác định vận tốc cực đại electron vừa bị bật khỏi catôt hiệu suất lượng tử hc 2Wd HD Giải Ta có: Wd0 = - A = 1,7.10-19 J; v0 = = 0,6.106 m/s I ne = bh = 2,8.1013; e m n = n P P = 3.1015 H = e = 9,3.10-3 = 0,93% hc hc n Dạng 6: Tính hiệu suất lượng tử tế bào quang điện PPG: Hiệu suất lượng tử tế bào quang điện đại lượng tính tỉ số số e quang điện bật khỏi Katot với số photon đập vào Katot GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang H= ne n I bh.t I hc => H e bh P t e.P. hc Ví dụ 1: Khi chiếu xạ điện từ có bước sóng 0,5 micromet vào bề mặt tế bào quang điện tạo dòng điện bão hòa 0,32A Công suất xạ đập vào Katot P=1,5W tính hiệu suất tế bào quang điện HD Giải: H Ibh h.c 0,32.6,625.1034.3.108 100% 53% e.P. 1,6.1019.1,5.0,5.106 Ví dụ 2: Kim loại làm catot tế bào quang điện có giới hạn quang điện 0,32 (μm) Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,25 (μm) vào catot tế bào quang điện Cho biết : h = 6,625.10-34 (J.s) ; c = 3.108 (m/s) ; me = 9,1.10-31 (kg) ; -e = -1,6.10-19 (C) a) Tính vận tốc ban đầu cực đại electron quang điện b) Biết electron thoát bị hút anot, cường độ dòng quang điện bão hoà 0,7 mA Tính số electron thoát khỏi catot giây HD Giải: Ta có: e U AK mv02max Phương trình Anh-xtanh : hc mv2 = A max = A + eUh hc A eU h1 e(U h U h1 ) h 6,433.10 34 J s Theo điều kiện toán, ta có: 1 hc A eU c h2 2 2 1 Ví dụ 3: Công thoát êlectron Natri 2,48 (eV) Catot tế bào quang điện làm Natri chiếu sáng xạ có bước sóng λ = 0,36 (μm) có dòng quang điện bão hoà Ibh = 50 (mA).Cho biết:h = 6,625.10-34 (J.s); c = 3.10 (m/s) ; me = 9,1.10-31 (kg); - e = - 1,6.10-19 (C) a) Tính giới hạn quang điện Natri b) Tính vận tốc ban đầu cực đại êlectron quang điện c) Hiệu suất quang điện 60%, tính công suất nguồn xạ chiếu vào catôt HD Giải: hc 0,5( μm) a) Tính λ0 Giới hạn quang điện : λ0 = A hc mv2 b) Tính v0 Phương trình Anh-xtanh: = A max 2 hc v0 max Suy ra: A 5,84.10 m / s me I P c) Tính P Ta có Ibh = ne.e suy ne = bh P = nλ.ε suy nλ = e n I hc 0,29 (W) H e P bh n He Dạng 7: Ứng dụng tượng quang điện để tính số h, e, A Áp dụng công thức: c mv2 - Phương trình Anh-xtanh : ε = A max - Năng lượng phôtôn : ε = hf = h - Hiệu điện hãm : e U AK eU h mv0 max GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang Ví dụ 1: Khi chiếu chùm sáng vào kim loại có tượng quang điện xảy Nếu dùng hiệu điện hãm (V) êlectron quang điện bị giữ lại không bay sang anot Cho biết giới hạn quang điện kim loại : λ0 = 0,5 (μm) ; h = 6,625.10-34 (J.s) ; c = 3.108 (m/s) ; -e = -1,6.10-19 (C) Tính tần số chùm ánh sáng tới kim loại HD Giải :Các êlectron quang điện bị giữ lại hoàn toàn không qua anot nên : e U AK eU h mv02max 2 Phương trình Anh-xtanh : hf = A + mv0 max eU h c hc ; Suy ra: f = 0 h 0 19 1,6.10 3.10 f 13,245.1014 ( Hz) 34 6 6,625.10 0,5.10 Hay hf = eUh + A = eUh + Thay số, ta : Ví dụ 2: Chiếu xạ có bước sóng 0,35 (μm) vào kim loại, êlectron kim quang điện bắn bị giữ lại hiệu điện hãm Khi thay chùm xạ có bước sóng giảm 0,05 (μm) hiệu điện hãm tăng 0,59 (V) Tính điện tích êlectron quang điện Cho biết : h = 6,625.10-34 (J.s) ; c = 3.108 (m/s) hc mv2 = A max = A + eUh hc A eU h Theo điều kiện toán: hc A e(U U ) h ( Phương trình Anh-xtanh) HD Giải :Ta có Với U = 0,59 (V) = 0,05 (μm) Suy ra: e hc 1 19 1,604.10 (C ) U Ví dụ 3: Lần lượt chiếu hai xạ có bước sóng λ1 = 0,405 (μm), λ2 = 0,436 (μm) vào bề mặt kim loại đo hiệu điện hãm tương ứng Uh1 = 1,15 (V); Uh2 = 0,93 (V) Cho biết: h = 6,625.10-34 (J.s) ; c = 3.108 (m/s) ; e = 1,6.10-19 (C) Tính công thoát kim loại HD Giải : hc mv2 = A max = A + eUh ( Phương trình Anh-xtanh) hc A eU h 1 1 Theo điều kiện toán: Suy : A hc eU h1 U h 1,92(eV) 1 2 hc A e(U U ) h Ta có: Dạng 8: Chiếu ánh sáng kích thích có bước sóng thích hợp vào bề mặt KL (hay cầu) cô lập điện Tính hiệu điện cực đại mà KL đạt PPG: Khi chiếu ánh sáng kích thích vào bề mặt KL e quang điện bị bật ra, KL điện tử (-) nên tích điện (+) có điện V Điện trường điện V gây sinh công cản AC = e.V ngăn cản bứt e Nhưng ban đầu AC < Wdmax , nên e quang điện bị bứt Điện tích (+) KL tăng dần, điện V tăng dần Khi V =Vmax công lực cản có độ lớn Wdmax e quang điện nên e không bật Ta có: eVM ax hc hc mev0max => eVM ax A 0 Vậy VM ax hc 1 ( ) e 0 Ví dụ 1: Một cầu đồng (Cu) cô lập điện chiếu xạ điện từ có λ = 0,14 (μm), Cho giới hạn quang điện Cu λ1 = 0,3 (μm) Tính điện cực đại cầu HD Giải: VM ax hc 1 6, 625.1034.3.108 1 ( ) ( ) 4, 73V 19 6 e 0 1, 6.10 0,14.10 0,3.106 GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 10 ... mv2 - Phương trình Anh- xtanh : ε = A max - Năng lượng phôtôn : ε = hf = h - Hiệu điện hãm : e U AK eU h mv0 max GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang... nguyên tử không xạ GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang -Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác... thái dừng có lượng En lớn -Sự chuyển từ trạng thái dừng Em sang trạng thái dừng En ứng với nhảy electron từ quỹ đạo dừng có bán kính rm sang quỹ đạo dừng có bán kính rn ngược lại En b Quang phổ