HD: Tương tự như tổng hợp 2 dao động cơ điều hồ cựng tần số,nếu 2 dao động thành phần cựng biờn độ thỡ Amax =2A1 ; Amin =0; nếu giữ nguyờn A1 và giảm A2 thỡ Amax giảm đi ; Amin khỏc khụng
Cõu 60: Trong thớ nghiệm Iõng về giao thoa ỏnh sỏng, hai khe cỏch nhau 0,5 mm và được chiếu sỏng bằng một ỏnh sỏng đơn sắc. Khoảng cỏch từ hai khe đến màn quan sỏt là 2 m. Trờn màn quan sỏt, trong vựng giữa M và N (MN vuụng gúc với cỏc võn giao thoa, MN = 2 cm) người ta đếm được cú 10 võn tối và thấy tại M và N đều là võn sỏng. Bước súng của ỏnh sỏng đơn sắc dựng trong thớ nghiệm này là Dương Đức Hồ -Tổ toỏn lý trường THPT Phong Chõu,Lõm Thao,Phỳ Thọ
A. 0,4 àm B. 0,5 àm C. 0,7 àm D. 0,6 àm
********************************************************************************
Chương VII: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG A. Cỏc kiến thức cơ bản.
1. Thớ nghiệm của Hộc về hiện tượng quang điện.
Gắn tấm kẽm tớch điện õm vào một tĩnh điện kế, kim của tĩnh điện kế lệch đi một gúc. Sau đú chiếu ỏnh sỏng hồ quang vào tấm kẽm, quan sỏt thấy gúc lệch của kim tĩnh điện kế giảm đi. Nếu thay tấm kẽm bằng kim loại khỏc ta thấy hiện tượng tương tự xảy ra.
Hiện tượng ỏnh sỏng làm bật cỏc ờlectron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngồi). Cỏc e bật ra gọi là cỏc quang e
2) Ba định luật quang điện
a. Định luật về giới hạn quang điện:
Đối với mỗi kim loại, ỏnh sỏng kớch thớch phải cú bước súng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λ0 của kim loại đú, mới gõy ra được hiện tượng quang điện (λ≤λ0 )
b) Định luật về cường độ dũng quang điện bĩo hồ:
Cường độ dũng quang điện bĩo hồ tỷ lệ với cường độ chựm sỏng kớch thớch
c) Định luật về động cực đại của quang e:
Động năng ban đầu cực đại của cỏc quang e khụng phụ thuộc cường độ chựm sỏng kớch thớch,chỉ phụ thuộc bước súng ỏnh sỏng kớch thớch và bản chất kim loại
3. Thuyết lượng tử ỏnh sỏng.
Giả thuyết Plăng: Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyờn tử hay phõn tử hấp thụ hay phỏt xạ cú giỏ trị hồn tồn xỏc định và bằng hf; trong đú f là tần số của ỏnh sỏng bị hấp thụ hay phỏt xạ ra, cũn h là một hằng số (hằng số plăng).
Lượng tử năng lượng ε =hf trong đú (h = 6,625.10-34Js). Nội dung của thuyết lượng tử ỏnh sỏng:
a) Ánh sỏng được tạo thành bởi cỏc hạt gọi là phụtụn.
b) Với mỗi ỏnh sỏng đơn sắc cú tần số f, cỏc phụtụn đều giống nhau, mỗi phụtụn mang năng lượng bằng h.f. Cường độ chựm sỏng tỷ lệ với số phụtụn phỏt ra trong 1s
c) Phụtụn bay với vận tốc c = 3.108 m/s dọc theo cỏc tia sỏng.
d) Mỗi lần một nguyờn tử hay phõn tử phỏt xạ hay hấp thụ ỏnh sỏng thỡ chỳng phỏt ra hay hấp thụ phụtụn.
Phụtụn chỉ tồn tại trong trạng thỏi chuyển động. Khụng cú phụtụn đứng yờn.
4. Ánh sỏng cú lưỡng tớnh súng-hạt: cỏc hiện tượng quang học chứng tỏ ỏnh sỏng cú tớnh chất súng
như giao thoa súng; cũng cú nhiều hiện tượng quang học khỏc chứng tỏ ỏnh sỏng cú tớnh chất hạt như hiện tượng quang điện. Điều đú cho thấy ỏnh sỏng vừa cú tớnh chất súng, vừa cú tớnh chất hạt: ỏnh sỏng cú lưỡng tớnh súng - hạt.
5. Hiện tượng quang điện trong: Hiện tượng ỏnh sỏng giải phúng cỏc ờlectrụn liờn kết để cho chỳng
trở thành cỏc ờlectrụn dẫn đồng thời giải phúng cỏc lỗ trống tự do gọi là hiện tượng quang điện trong.
6. Quang điện trở, pin quang điện:
Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn. Điện trở của nú cú thể thay đổi từ vài mờgaụm khi khụng được chiếu sỏng xuống đến vài chục ụm khi được chiếu sỏng.
Pin quang điện (cũn gọi là pin Mặt Trời) là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ỏnh sỏng. Nú biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra ở chất bỏn dẫn.
7. Sự phỏt quang là một số chất cú khả năng hấp thụ ỏnh sỏng cú bước súng này để phỏt ra ỏnh sỏng cú
bước súng khỏc. Đặc điểm của sự phỏt quang là nú cũn kộo dài một thời gian sau khi tắt ỏnh sỏng kớch thớch. Ánh sỏng phỏt quang cú bước súng λ >' λ
Hiện tượng quang phỏt quang gồm : phỏt huỳnh quang(cú thời gian phỏt quang ngắn,xảy ra với chất lỏng,chất khớ) và lõn quang(thời gian phỏt quang dài,10-8 s trở lờn (thường xảy ra với chất rắn)
8. Sự tạo thành quang phổ vạch phỏt xạ và hấp thụ của nguyờn tử hiđrụ.
Cỏc tiờn đề của Bo về cấu tạo nguyờn tử:
Tiờn đề 1: Nguyờn tử chỉ tồn tại trong cỏc trạng thỏi cú mức năng lượng xỏc định, gọi là trạng
thỏi dừng. Khi ở trong cỏc trạng thỏi dừng thỡ nguyờn tử khụng bức xạ.
Trong cỏc trạng thỏi dừng của nguyờn tử, ờlectrụn chỉ chuyển động quanh hạt nhõn trờn những quỹ đạo cú bỏn kớnh hồn tồn xỏc định gọi là cỏc quỹ đạo dừng.
Tiờn đề 2: Khi chuyển từ trạng thỏi dừng cú mức năng lượng (En) sang trạng thỏi dừng cú năng
lượng thấp hơn (Em) thỡ nguyờn tử phỏt ra phụtụn cú năng lượng đỳng bằng hiệu En - Em :
ε= hfnm= En – Em ; với h là hằng số Plăng, fnm là tần số ỏnh sỏng.
Ngược lại, nếu nguyờn tử đang ở trạng thỏi dừng cú năng lượng Em mà hấp thụ được một phụtụn cú năng lượng đỳng bằng hiệu En – Em thỡ nú chuyển lờn trạng thỏi dừng cú năng lượng cao En.
Mẫu nguyờn tử Bo giải thớch được cấu tạo quang phổ vạch của hiđrụ
Trong cỏc trạng thỏi dừng của nguyờn tử, electron chỉ chuyển động quanh hạt nhõn theo những quĩ đạo cú bỏn kớnh hồn tồn xỏc định gọi là cỏc quĩ đạo dừng, tỷ lệ với bỡnh phương cỏc số nguyờn liờn tiếp:
Bỏn kớnh: ro, 4ro; 9ro; 16ro; 25ro; 36ro Tờn quỹ đạo: K, L; M; N; O; P với ro = 5,3.10-11m: bỏn kớnh Bo.
Trạng thỏi cơ bản là trạng thỏi dừng cú mức năng lượng thấp nhất và ờlectrụn chuyển động trờn quỹ đạo gần hạt nhõn nhất.
9. Tia laze (Mỏy khuếch đại ỏnh sỏng bằng sự phỏt xạ cảm ứng) là một nguồn sỏng phỏt ra một chựm sỏng cường độ lớn dựa trờn việc ứng dụng hiện tượng phỏt xạ cảm ứng. sỏng cường độ lớn dựa trờn việc ứng dụng hiện tượng phỏt xạ cảm ứng.
Đặc điểm của tia laze cú tớnh đơn sắc, tớnh định hướng, tớnh kết hợp rất cao và cường độ lớn.
Ứng dụng của laze: Trong Y học lợi dụng khả năng tập trung năng lượng của chựm tia laze vào một vựng rất nhỏ, người ta dựng tia laze như một con dao mổ trong cỏc phẫu thuật,…
Trong thụng tin liờn lạc, vụ tuyến; Trong cụng nghiệp dựng trong cỏc việc như khoan, cắt, tụi chớnh xỏc trờn nhiều chất liệu như kim loại, compozit,…
B. Bài tập cơ bản và nâng caoI. bài tập tự luận I. bài tập tự luận
Dạng 1: Hiện tượng quAng điện, thuyết lượng tử và định luật quAng điện.
Gợi ý cỏch giải: Vận dụng thuyết lượng tử, nội dung định luật quang điện của Anhxtanh. Cỏc cụng
thức cần nhớ:
- Năng lượng của lượng tử:
λ = =
ε hf. h.c. ε =hfnm =En−Em
Vớ dụ 1: Chiếu một ỏnh sỏng tím cú bước súng λ = 0,4 àm vào Natri trong thí nghiệm của Héc về
hiện tợng quang điện. Cĩ hiện tợng quang điện xảy ra khơng ?
Hướng dẫn: Áp dụng định luật về giới hạn quang điện ta cĩ : λ ≤ λ0 (λ0 = 0,5 àm là giới
hạn quang điện của natri) nên cĩ hiện tợng quang điện.
Dương Đức Hồ -Tổ toỏn lý trường THPT Phong Chõu,Lõm Thao,Phỳ Thọ
h.fnm En
Em h.fnm
Vớ dụ 2: Chiếu một chựm bức xạ đơn sắc cú bước súng 0,5àm vào kim loại cĩ giới hạn quang điện
0,66àm, trong thí nghiệm của Héc về hiện tợng quang điện. Lấy c = 3.108 m/s, h = 6,625.10-34 Js. Cơng thốt của êlêctron quang điện là
Hướng dẫn: Áp dụng cụng thức ε = h f = hc = A
0 0 .
λ , suy ra A = 30,11.10-20 J.
Vớ dụ 3. Một ngọn đốn phỏt ra một chựm sỏng đơn sắc với bước súng 0,6 μm. Tớnh số phụtụn mà đốn phỏt ra trong mỗi giõy, biết cụng suất phỏt xạ của
đốn là 10 W.
Vớ dụ 4 Cụng thoỏt ờlectron của một kim loại là 5 eV, chiếu tới kim loại trờn bức xạ điện từ cú bước súng 0,2 μm. Hiện tượng quang điện cú xảy ra hay khụng? Nếu xảy ra hiện tượng quang điện hĩy tớnh động năng ban đầu cực đại của cỏc êlêctron quang điện. Cho biết khối lượng của ờlectron là
9,1.10-31 kg.
Dạng 2: Vận dụng thuyết lượng tử giải thớch quang phổ vạch của hiđrụ.
Gợi ý cỏch giải: Vận dụng 2 giả thuyết của Bo,
thuyết lượng tử.
Vớ dụ 1: Vận dụng thuyết lượng tử giải thớch quang
phổ vạch phỏt xạ của nguyờn tử của hiđrụ (xem hỡnh vẽ) gồm cỏc dĩy:
a) Dĩy Lai-man (Lyman) trong vựng tử ngoại.
b) Dĩy Ban-me (Balmer) gồm một số vạch nằm trong vựng tử ngoại và một số vạch nằm trong vựng ỏnh sỏng nhỡn thấy: vạch đỏ Hα (λα=0,6563àm); vạch lam Hβ (λβ=0,4861àm); vạch chàm Hγ (λγ=0,4340àm); vạch tớm Hδ (λδ=0,4120àm)
c) Dĩy Pa-sen (Pachen) trong vựng hồng ngoại.
Hướng dẫn:
Ta cú thể giải thớch quang phổ vạch của nguyờn tử hiđrụ bằng mụ hỡnh như hỡnh vẽ.
Ở trạng thỏi bỡnh thường (trạng thỏi cơ bản) nguyờn tử hiđrụ cú năng lượng thấp nhất, electron chuyển động trờn quĩ đạo K.
Khi được kớch thớch, cỏc electron chuyển lờn cỏc quĩ đạo cao hơn (L, M, N, O, P...). Nguyờn tử chỉ tồn tại một thời gian rất bộ (10-8s) ở trạng thỏi kớch thớch sau đú chuyển về mức thấp hơn và phỏt ra phụtụn tương ứng.
-Khi chuyển về mức K tạo nờn quang phổ vạch của dĩy Lai-man. - Khi chuyển về mức L tạo nờn quang phổ vạch của dĩy Ban-me. - Khi chuyển về mức M tạo nờn quang phổ vạch của dĩy Pa-sen.
Vớ dụ 2: Nguyờn tử hiđrụ khi chuyển từ quỹ đạo L cú năng lượng là -3,4 eV chuyển về quỹ đạo cơ bản
cú năng lượng là -13,6 eV thỡ phỏt ra một phụtụn ứng với bước súng bao nhiờu?
Huớng dẫn: Ta cú ε = EL - EK = hc λ suy ra L K hc E E λ = − = 1,218.10-7 m.
Vớ dụ 3 . Biết bước súng ứng với bốn vạch trong dĩy Banme của quang phổ hiđrụ là: đỏ Hα : 0,656 μm; lam Hβ : 0,486 μm; chàm Hγ : 0,434 μm; tớm Hδ : 0,410 μm. Hĩy tớnh bước súng ứng với ba vạch cú bước súng dài nhất của dĩy Pasen nằm trong vựng hồng ngoại.
Vớ dụ 4. Nguyờn tử hiđrụ cú thể phỏt ra bức xạ điện từ cú bước súng ngắn nhất là 0,0913 μm. Hĩy tớnh năng lượng cần thiết để ion hoỏ nguyờn từ hiđrụ.
Dương Đức Hồ -Tổ toỏn lý trường THPT Phong Chõu,Lõm Thao,Phỳ Thọ
dĩy Lyman dĩy Balmer dĩy Paschen E1 (K) E2 (L) E3 (M) E 4 (N) E5 (O) E6 (P) HαHβHγHδ
Các bài tập vận dụng khác
Bài 1 Chiếu ỏnh sỏng đơn sắc cú bước súng 0,3 μm và một chất phỏt quang thỡ thấy nú phỏt ra ỏnh sỏng cú bước súng 0,5 μm. Cho rằng cụng suất của chựm sỏng phỏt quang chỉ bằng 0,01 cụng suất của chựm sỏng kớch thớch. Hĩy tớnh hiệu suất phỏt quang.
Bài 2 Hai vạch quang phổ cú bước súng dài nhất của dĩy Lai-man trong quang phổ của hiđrụ là 0,1216 μm và 0,1026 μm. Tớnh bước súng của vạch đỏ Hα trong dĩy Ban-me.
II.1 bài tập trắc nghiệm cơ bản
Câu 1 Hiện tượng quang điện là hiện tượng electron bị bứt ra khỏi kim loại khi
A. chiếu vào kim loại ỏnh sỏng thớch hợp.
B. nú bị nung núng.