Bài giảng Vật lý đại cương và vật lý hiện đại: Chương 1 - PGS.TS. Lê Công Hảo

Bài giảng Vật lý đại cương và vật lý hiện đại - Chương 1: Tính chất hạt của sánh sáng cung cấp cho người học các kiến thức: Bức xạ nhiệt của vật đen, các định luật phát xạ của VĐTĐ, thuyết lượng tử Planck và thuyết photon Einstein, hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vật lý đại Vật lý lượng tử Nguyên tử PGS.TS Lê Công Hảo MÔ HÌNH VẬT LÝ Áp dụng lý thuyết cũ Tìm kiếm lý thuyết Mở rộng lý thuyết Hiện tượng vật lý MỘT LÝ THUYẾT MỚI RA ĐỜI Xây dựng công cụ để giải vấn đề VẬT LÝ LƯNG TỬ Vào cuối kỷ 19 nhiều kiện thực nghiệm khẳng định tính chất sóng ánh sáng Nhưng thời gian xuất trường hợp mà người ta giải thích dựa giả thuyết sóng Bức xạ vật đen tuyệt đối Hiệu ứng quang điện VẬT LÝ LƯNG TỬ Max Planck: phải đề xuất giả thuyết mới, mà sau người ta coi sở lý thuyết lượng tử Giả thuyết cho thấy ánh sáng tính chất sóng có tính chất khác: tính chất hạt VẬT LÝ LƯNG TỬ Chương 1: Tính chất hạt ánh sáng Chương 2: Lưỡng tính sóng hạt vật chất Chương 3: Phương trình Schroedinger Chương 4: Nguyên tử Chương 1: Tính chất hạt ánh sáng 1.1 Bức xạ nhiệt vật đen 1.2 Các định luật phát xạ VĐTĐ 1.3 Thuyết lượng tử Planck thuyết photon Einstein 1.4 Hiệu ứng quang điện 1.5 Hiệu ứng Compton 1.1 Bức xạ nhiệt vật đen 1.1.1 Bức xạ 1.1.2 Bức xạ nhiệt 1.1.3 Phổ xạ nhiệt 1.1.4 Sự cân nhiệt 1.1.5 Hệ số hấp thụ đơn sắc 1.1.6 Vật đen tuyệt đối 1.1 Bức xạ nhiệt vật đen 1.1.1 Bức xạ Bức xạ tượng vật thể kích thích cưỡng phát sóng điện từ Quá trình phát lan truyền sóng điện từ trình lan truyền lượng Các vật phát sóng điện từ phải chuyển đổi lượng thành lượng sóng 1.1 Bức xạ nhiệt vật đen 1.1.1 Bức xạ Có nhiều cách làm cho vật thể phát sóng điện từ : ▪ Tác dụng hoá học (phản ứng đốt cháy phốt phát sáng) ▪ Tác dụng nhiệt ( dây tóc bóng neon cháy sáng) ▪ Dùng lượng dòng điện để phát sóng điện từ 1.1 Bức xạ nhiệt vật đen 1.1.2 Bức xạ nhiệt Thực nghiệm cho thấy nhiệt độ thấp vật phát sóng điện từ Nguyên nhân: chuyển động nhiệt phân tử bên vật Vậy xạ nhiệt sóng điện từ phát từ vật thể bị kích thích tác dụng nhiệt 10 1.4 Hiệu ứng quang điện 1.4.1 Thí nghiệm Tính Kmax từ V0 Năng lượng đầu: Động năng: Kmax Thế năng: Wt = -eB = (Chọn B = 0) Năng lượng sau Động năng: Kmax =0 Thế năng: Wt = -e(-V0) = eV0 (Chọn điện A = -V0) Kmax + = + eVo Kmax ~ Vo hay hãm V0 không phụ thuộc cường độ ánh sáng tới Kmax = eVo Động ban đầu cực đại electron Kmax không phụ thuộc cường độ ánh sáng tới 39 1.4 Hiệu ứng quang điện 1.4.1 Thí nghiệm Động ban đầu cực đại electron Kmax hàm tuyến tính tần số ánh sáng Khi ánh sáng đến có tần số nhỏ tần số ngưỡng, hiệu ứng quang điện không xảy Bước sóng 0 =c/ 0 gọi ngưỡng quang điện kim loại 18 16 Thế hãm V0 (Volts) Khi V0=0 có 0 gọi tần số ngưỡng 20 14 12 10 0 0 15 Tần số  (10 H z) 40 1.4 Hiệu ứng quang điện 1.4.2 Giải thích hiệu ứng quang điện Theo thuyết ánh sáng, động moat electron bị bứt khỏi bề mặt kim loại K = h - W Electron có công thoát bé Wo có động lớn Kmax = h - Wo h: lượng photon W : công thoát 41 1.4 Hiệu ứng quang điện 1.4.2 Giải thích hiệu ứng quang điện Vấn đề cường độ Cường độ ánh sáng tăng lần Số photon tăng lần Số quang electron I0 tăng lần Nhưng lượng photon không tăng, động mà electron thu không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng 42 1.4 Hiệu ứng quang điện 1.4.2 Giải thích hiệu ứng quang điện Vấn đề tần số Kmax = h - Wo Cho Kmax = Neáu cho  < o electron thoát khỏi bề mặt kim loại Điều giải thích tồn tần số ngưỡng o Wo = ho = hc/ 0 Khi electron hấp thụ vừa lượng đủ để thoát khỏi bề mặt kim loại mà động ban đầu 43 1.4 Hiệu ứng quang điện 1.4.2 Giải thích hiệu ứng quang điện Vấn đề thời gian Do lượng ánh sáng tập trung thành chùm nhỏ, nên hấp thụ photon có lượng lớn công thoát, electron có khả bật tức khỏi mặt kim loại 44 1.5 Hiệu ứng Compton 1.5.1 Thí nghiệm Compton 1.5.2 Giải thích Compton 45 1.5 Hiệu ứng Compton 1.5.1 Thí nghiệm Compton Một chùm tia X đơn sắc tán xạ bia carbon Bia carbon Tinh thể quay Nguồn tia X Buồng ion hóa 46 1.5 Hiệu ứng Compton 1.5.1 Thí nghiệm Compton Sóng tới:  Sóng tán xạ: ' Hiệu số  gọi dịch chuyển Compton  không phụ thuộc vào loại vật liệu làm tán xạ mà phụ thuộc vào góc tán xạ 47 1.5 Hiệu ứng Compton 1.5.2 Giải thích Compton Giả thiết tia X gồm dòng hạt photon có lượng xung lượng xác định Sự tán xạ tia X bia va chạm đàn hồi hai hạt photon electron, electron ban đầu đứng yên gần hoàn toàn tự Sau va chạm, photon bị lệch hướng phần lượng =>  bị giảm thành ', tương ứng với bước sóng ' 48 1.5 Hiệu ứng Compton 1.5.2 Giải thích Compton h  =  '− = (1 − cos ) mec c = h/mec = 0,0243 A0 = 2,43.10-12 (m) 49 1.5 Hiệu ứng Compton Sự dịch chuyển Compton  phụ thuộc vào góc tán xạ không phụ thuộc bước sóng tới 50 Kết luận Ứng với ánh sáng vùng hồng ngoại (bức xạ VĐTĐ), tử ngoại (hiệu ứng quang điện) vùng tia X (hiệu ứng Compton) cho thấy ánh sáng thể chất hạt Nhưng ánh sáng thể tính chất sóng qua tượng giao thoa, nhiễu xạ Như nói ánh sáng vừa có tính chất sóng,vừa có tính chất hạt Tính chất hạt ánh sáng thể rõ bước sóng bé Khi tượng nhiễu xạ khó quan sát định luật truyền thẳng ánh sáng 51 VẬT LÝ LƯNG TỬ 52 VẬT LÝ LƯNG TỬ 53 ... Bức xạ 1. 1.2 Bức xạ nhiệt 1. 1.3 Phổ xạ nhiệt 1. 1.4 Sự cân nhiệt 1. 1.5 Hệ số hấp thụ đơn sắc 1. 1.6 Vật đen tuyệt đối 1. 1 Bức xạ nhiệt vật đen 1. 1 .1 Bức xạ Bức xạ tượng vật thể kích thích cưỡng... thuộc vào bước sóng  xét, nhiệt độ vật, vật liệu cấu tạo nên vật tính chất bề mặt vật (trơn hay nhám) Các vật có màu đen hấp thụ phát xạ mạnh vật màu trắng 14 1. 1 Bức xạ nhiệt vật đen 1. 1.6 Vật. ..MÔ HÌNH VẬT LÝ Áp dụng lý thuyết cũ Tìm kiếm lý thuyết Mở rộng lý thuyết Hiện tượng vật lý MỘT LÝ THUYẾT MỚI RA ĐỜI Xây dựng cơng cụ để giải vấn đề VẬT LÝ LƯNG TỬ Vào cuối kỷ 19 nhiều kiện