1. Hiện tợng quang điện ngoài
a) Định nghĩa: Hiện tợng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tợng quang điện ngoà i(gọi tắt là hiện tợng bề mặt kim loại gọi là hiện tợng quang điện ngoà i(gọi tắt là hiện tợng quang điện).
Các electron bật ra khỏi bề mặt kim loại gọi là các electron quang điện (hay quang electron)
b) Thí nghiệm Hecxơ (Hertz):
- Chiếu ánh sáng hồ quang (giàu tia tử ngoại) vào một tấm kẽm (Zn) tích điện âm gắn trên một điện nghiệm thì thấy hai lá của điện nghiệm cụp lại → chứng tỏ kẽm đã mất điện tích âm.
- Chắn tia tử ngoại của hồ quang bằng một bản thuỷ tinh, thì hiện tợng trên không xảy ra. - Hiện tợng cũng không xảy ra nếu tấm kẽm tích điện dơng.
- Thay kẽm bằng các kim loại khác nh đồng, nhôm, ... là thí nghiệm ta thu đợc kết quả tơng tự nh trên.
Vậy: Khi chiếu một chùm sáng thích hợp (có bớc sóng ngắn) vào một tấm kim loại thì các electron trên mặt kim loại đó bị bậ ra.
2. Thí nghiệm với tế bào quang điện các kết quả chính của thí nghiệm–
* Dòng quang điện: Khi chiếu vào catôt ánh sáng thích hợp có bớc sóng ngắn sẽ xuất hiện dòng quang điện. Dòng quang điện là dòng chuyển dời có hớng của các electron bật ra khỏi catốt (bằng kim loại) bay từ catôt sáng anôt, dòng quang điện có chiều từ anôt sang catôt dới tác dụng của điện trờng giữa A và K.
* Về bớc sóng ánh sáng: Đối với mỗi kim loại dùng làm catôt có một bớc sóng λ0 xác định, gọi là giới hạn quang điện. Hiện tợng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích có bớc sóng nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện.
* Đờng đặc trng Vôn Ampe: – là đờng biểu diễn sự biến thiên của cờng độ dòng quang điện theo hiệu điện thế giữa anôt và catôt (UAK) → I f U= ( AK). Đờng V – A có đặc điểm:
- Lúc UAK > 0: Bắt đầu tăng UAK thì dòng quang điện cũng tăng. Tới một giá trị nào đó I đạt tới một giá trị bão hoà Ibh, nếu tiếp tục tăng UAK thì I không tăng nữa.
- Lúc UAK < 0: Dòng quang điện không triệt tiêu ngay. Phải đặt giữa A và K một hiệu điện thế âm là -Uh nào đó thì I mới triệt tiêu hoàn toàn. Uh gọi là hiệu điện thế hãm.
* Cờng độ dòng quang điện bão hoà: Cờng độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cờng độ của chùm sáng kích thích.
Ibh = ne.e
(ne là số electron bật ra khỏi catốt trong 1 giây = số electron về anốt trong 1 giây)
* Hiệu điện thế hãm (Uh):
- Phụ thuộc vào bớc sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại làm catôt. - Không phụ thuộc vào cờng độ chùm sáng kích thích.
- Biểu thức: 2 h e 0max 1 e.U m .v 2 =
Chú ý : Nếu ánh sáng kích thích có bớc sóng lớn hơn giới hạn quang điện thì chùm sáng có cờng độ rất mạnh cũng không gây ra hiện tợng quang điện.
3. Các định luật quang điện
a) Định luật quang điện thứ nhất:Giới hạn quang điện
Zn -
-- -
Hiện tợng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bớc sóng nhỏ hơn hoặc bằng bớc sóng λ0. λ0đợc gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó.
0
λ ≤ λ
b) Định luật quang điện thứ hai: Cờng độ dòng quang điện bão hoà
Đối với mỗi ánh sáng thích hợp( có λ≤λ0), cờng độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với c- ờng độ của chùm sáng kích thích. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c) Định luật quang điện thứ ba:Động năng ban đầu cực đại của quang electron
Động năng ban đầu cực đại của quang electron không phụ thuộc cờng độ của chùm sáng kích thích, mà chỉ phụ thuộc bớc sóng ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại.
4. Những hạn chế của thuyết sóng ánh sáng
Thuyết sóng ánh sáng bất lực trớc việc giải thích các định luật quang điện
Chú ý : Nếu coi hiện tợng quang điện đã xảy ra thì thuyết sóng ánh sáng giải thích đợc định luật quang điện thứ hai, về cờng độ dòng quang điện bão hoà.
5. Giả thuyết lợng tử năng lợng của Planck(Plăng)
Thuyết lợng tử năng lợng do nhà bác học M. Plăng đề xớng năm 1900
* Nội dung:Lợng năng lợng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định, gọi là lợng tử năng lợng. Lợng tử năng lợng, kí hiệu là ε, có giá trị bằng:
hf
ε =
Trong đó: f là tần số ánh sáng, h là hằng số Plăng: h = 6,625.10-34(J.s)
Chú ý : Khi ánh sáng truyền đi các lợng tử năng lợng không đổi(ε =hf ) và không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng.
6. Thuyết lợng tử ánh sáng. Phôtôn
Năm 1905 Anh-xtanh đề xuất thuyết lợng tử ánh sáng (Thuyết phô tôn) có nội dung:
. Chùm ánh sáng là một chùm các phôtôn (các lợng tử ánh sáng). Mỗi phô tôn có năng lợng xác định ε =hf . Cờng độ của chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1 giây.
. Phân tử, nguyên tử, electron,... phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn.
. Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s trong chân không.
7. Công thức Anh-xtanh về hiện tợng quang điện
Anh-xtanh cho rằng: hiện tợng quang điện xảy ra là do electron trong kim loại hấp thụ một phô tôn của ánh sáng kích thích, phô tôn mang năng lợng ε =hf truyền toàn bộ cho một electron dùng để:
- Cung cấp cho electron một công A, gọi là công thoát, để electron thắng đợc liên kết với mạng tinh thể và thoát ra khỏi bề mặt kim loại;
- Truyền cho electron đó một động năng ban đầu; - Truyền một phần năng lợng cho mạng tinh thể.
* Xét electron nằm ngay trên bề mặt kim loại thì nó có thể thoát ra ngay mà không mất năng lợng truyền cho mạng tinh thể → có động năng ban đầu là cực đại 2
0max
1 mv 2 .
áp dụng định luật bảo toàn năng lợng, ta có: 20max
1 A mv 2 ε = + 2 0max hc 1 hf A mv 2 = = + λ * Công thoát: 0 hc A= λ 8. Lỡng tính sóng hạt của ánh sáng– ánh sáng là sóng điện từ, có lỡng tính sóng – hạt.
+ Sóng điện từ có bớc sóng ngắn, năng lợng lớn: thể hiện tính chất hạt rõ nét, tính chất sóng mờ nhạt. Những biểu hiện của tính chất hạt là khả năng đâm xuyên, tác dụng quang điện, tác dụng iôn hoá, tác dụng phát quang.
+ Sóng điện từ có bớc sóng dài, năng lợng nhỏ: thể hiện tính chất sóng rõ nét, nh hiện tợng giao thoa, hiện tợng tán sắc,…