A. TÓM T T LÝ THUY TẮ Ế
1. Hi n tệ ượng quang đi n Thuy t lệ ế ượng t ánh sángử . * Hi n tệ ượng quang đi nệ
Hi n tệ ượng ánh sáng làm b t các electron ra kh i m t kim lo i g i là hi n tậ ỏ ặ ạ ọ ệ ượng quang đi n ngoài (g iệ ọ t t là hi n tắ ệ ượng quang đi n).ệ
* Các đ nh luị ật quang đi nệ
+ Đ nh lu t quang đi n th nh t (đ nh lu t v gi i h n quang đi n):ị ậ ệ ứ ấ ị ậ ề ớ ạ ệ
Đ i v i m i kim lo i ánh sáng kích thích ph i có bố ớ ỗ ạ ả ước sóng ng n h n hay b ng gi i h n quang đi nắ ơ ằ ớ ạ ệ 0 c a kim lo i đó, m i gây ra đủ ạ ớ ược hi n tệ ượng quang đi n: ệ 0.
+ Đ nh lu t quang đi n th hai (đ nh lu t v cị ậ ệ ứ ị ậ ề ường đ dòng quang đi n b o hòa):ộ ệ ả
Đ i v i m i ánh sáng thích h p (có ố ớ ỗ ợ 0), cường đ dòng quang đi n b o hòa t l thu n v i cộ ệ ả ỉ ệ ậ ớ ường đ chùm ánh sáng kích thích.ộ
+ Đ nh lu t quang đi n th ba (đ nh lu t v đ ng năng c c đ i c a quang electron):ị ậ ệ ứ ị ậ ề ộ ự ạ ủ
Đ ng năng ban đ u c c đ i c a quang electron không ph thu c vào cộ ầ ự ạ ủ ụ ộ ường đ c a chùm sáng kíchộ ủ thích, mà ch ph thu c vào bỉ ụ ộ ước sóng ánh sáng kích thích và b n ch t kim lo i.ả ấ ạ
* Thuy t lế ượng t ánh sángử
+ Chùm ánh sáng là m t chùm các phôtôn (các lộ ượng t ánh sáng). M i phôtôn có năng lử ỗ ượng xác đ nh ị = hf (f là t n s c a sóng ánh sáng đ n s c tầ ố ủ ơ ắ ương ng). Cứ ường đ c a chùm sáng t l v i s phôtôn phát raộ ủ ỉ ệ ớ ố trong 1 giây.
+ Phân t , nguyên t , electron… phát x hay h p th ánh sáng, cũng có nghĩa là chúng phát x hay h p thử ử ạ ấ ụ ạ ấ ụ phôtôn.
+ Các phôtôn bay d c theo tia sáng v i t c đ c = 3.10ọ ớ ố ộ 8 m/s trong chân không.
Năng lượng c a m i phôtôn r t nh . M t chùm sáng dù y u cũng ch a r t nhi u phôtôn do r t nhi uủ ỗ ấ ỏ ộ ế ứ ấ ề ấ ề nguyên t , phân t phát ra. Vì v y ta nhìn th y chùm sáng liên t c. ử ử ậ ấ ụ
Phôtôn ch t n t i trong tr ng thái chuy n đ ng. Không có phôtôn đ ng yên.ỉ ồ ạ ạ ể ộ ứ
* Gi i thích các đ nh lu t quang đi nả ị ậ ệ
Công th c Anhxtanh v hi n tứ ề ệ ượng quang đi n: hf = ệ hc= A + 2 1
mv2 max 0 .
+ Gi i thích đ nh lu t th nh t: Đ có hi n tả ị ậ ứ ấ ể ệ ượng quang đi n thì năng lệ ượng c a phôtôn ph i l n h nủ ả ớ ơ ho c b ng công thoát: hf = ặ ằ hc A = 0 hc 0; v i ớ 0 = A hc
chính là gi i h n quang đi n c a kimớ ạ ệ ủ lo i.ạ
+ Gi i thích đ nh lu t th hai: Cả ị ậ ứ ường đ c a dòng quang đi n b o hòa t l thu n v i s quang electronộ ủ ệ ả ỉ ệ ậ ớ ố b t ra kh i catôt trong m t đ n v th i gian. V i các chùm sáng có kh năng gây ra hi n tậ ỏ ộ ơ ị ờ ớ ả ệ ượng quang đi n,ệ thì s quang electron b b t ra kh i m t catôt trong m t đ n v th i gian t l thu n v i s phôtôn đ n đ pố ị ậ ỏ ặ ộ ơ ị ờ ỉ ệ ậ ớ ố ế ậ vào m t catôt trong th i gian đó. S phôtôn này t l v i cặ ờ ố ỉ ệ ớ ường đ chùm ánh sáng t i. T đó suy ra, cộ ớ ừ ường đ c a dòng quang đi n b o hòa t l thu n v i cộ ủ ệ ả ỉ ệ ậ ớ ường c a chùm sáng chi u vào catôt.ủ ế
+ Gi i thíc đ nh lu t th ba: Ta có:ả ị ậ ứ Wđ0max = 2 1
mv02max = hc A, do đó đ ng năng ban đ u c c đ i c a cácộ ầ ự ạ ủ quang electron ch ph thu c vào bỉ ụ ộ ước sóng c a ánh sáng kích thích và công thoát electron kh i b m tủ ỏ ề ặ kim lo i mà không ph thu c vào cạ ụ ộ ường đ c a chùm ánh sáng kích thích.ộ ủ
* Lưỡng tính sóng h t c a ánh sángạ ủ
Ánh sáng v a có tính ch t sóng, v a có tính ch t h t. Ta nói ánh sáng có lừ ấ ừ ấ ạ ưỡng tính sóng h t.ạ
Trong m i hi n tỗ ệ ượng quang h c, ánh sáng thọ ường th hi n r m t trong hai tính ch t trên. Khi tínhể ệ ỏ ộ ấ ch t sóng th hi n r thì tính ch t h t l i m nh t, và ngấ ể ệ ỏ ấ ạ ạ ờ ạ ượ ạc l i.
Sóng đi n t có bệ ừ ước sóng càng ng n, phôtôn ng v i nó có năng lắ ứ ớ ượng càng l n thì tính ch t h t thớ ấ ạ ể hi n càng r , nh hi n tệ ỏ ư ở ệ ượng quang đi n, kh năng đâm xuyên, kh năng phát quang…, còn tính ch tệ ở ả ả ấ sóng càng m nh t. Trái l i sóng đi n t có bờ ạ ạ ệ ừ ước sóng càng dài, phôtôn ng v i nó có năng lứ ớ ượng càng nh , thì tính ch t sóng l i th hi n r h n nh hi n tỏ ấ ạ ể ệ ỏ ơ ư ở ệ ượng giao thoa, nhi u x , tán s c, …, còn tính ch tễ ạ ắ ấ h t thì m nh t.ạ ờ ạ
2. Hi n tệ ượng quang đi n bên trongệ . * Ch t quang d nấ ẫ
Ch t quang d n là nh ng ch t bán d n, d n đi n kém khi không b chi u sáng và d n đi n t t khi bấ ẫ ữ ấ ẫ ẫ ệ ị ế ẫ ệ ố ị chi u ánh sáng thích h p.ế ợ
* Hi n tệ ượng quang đi n trongệ
Hi n tệ ượng ánh sáng gi i phóng các electron liên k t đ cho chúng tr thành các electron d n đ ng th iả ế ể ở ẫ ồ ờ t o ra các l tr ng cùng tham gia vào quá trình d n đi n, g i là hi n tạ ỗ ố ẫ ệ ọ ệ ượng quang đi n trong.ệ
* Quang đi n trệ ở
Quang đi n tr đệ ở ược ch t o d a trên hi u ng quang đi n trong. Đó là m t t m bán d n có giá tr đi nế ạ ự ệ ứ ệ ộ ấ ẫ ị ệ tr thay đ i khi cở ổ ường đ chùm ánh sáng chi u vào nó thay đ i.ộ ế ổ
* Pin quang đi nệ
Pin quang đi n là ngu n đi n trong đó quang năng đệ ồ ệ ược bi n đ i tr c ti p thành đi n năng. Ho t đ ngế ổ ự ế ệ ạ ộ c a pin d a trên hi n tủ ự ệ ượng quang đi n bên trong c a m t s ch t bán d n nh đ ng ôxit, sêlen, silic, … .ệ ủ ộ ố ấ ẫ ư ồ Su t đi n đ ng c a pin thấ ệ ộ ủ ường có giá tr t 0,5 V đ n 0,8 Vị ừ ế
Pin quang đi n (pin m t tr i) đã tr thành ngu n cung c p đi n cho các vùng sâu vùng xa, trên các vệ ặ ờ ở ồ ấ ệ ệ tinh nhân t o, con tàu vũ tr , trong các máy đo ánh sáng, máy tính b túi. …ạ ụ ỏ
3. M u nguyên t Boẫ ử . * M u nguyên t c a Boẫ ử ủ
Tiên đ v tr ng thái d ngề ề ạ ừ
Nguyên t ch t n t i trong m t s tr ng thái có năng lử ỉ ồ ạ ộ ố ạ ượng xác đ nh Eị n, g i là các tr ng thái d ng. Khiọ ạ ừ tr ng thái d ng, nguyên t không b c x .
ở ạ ừ ử ứ ạ
Trong các tr ng thái d ng c a nguyên t , electron chuy n đ ng quanh h t nhân trên nh ng qu đ o cóạ ừ ủ ử ể ộ ạ ữ ỹ ạ bán kính hoàn toàn xác đ nh g i là qu đ o d ng.ị ọ ỹ ạ ừ
Bo đã tìm được công th c tính qu đ o d ng c a electron trong nguyên t hyđrô: rứ ỹ ạ ừ ủ ử n = n2r0, v i n là sớ ố nguyên và r0 = 5,3.1011 m, g i là bán kính Bo. Đó chính là bán kính qu đ o d ng c a electron, ng v iọ ỹ ạ ừ ủ ứ ớ tr ng thái c b n.ạ ơ ả
Bình thường, nguyên t tr ng thái d ng có năng lử ở ạ ừ ượng th p nh t g i là tr ng thái c b n. Khi h pấ ấ ọ ạ ơ ả ấ th năng lụ ượng thì nguyên t chuy n lên tr ng thái d ng có năng lử ể ạ ừ ượng cao h n, g i là tr ng thái kíchơ ọ ạ thích. Th i gian nguyên t tr ng thái kích thích r t ng n (c 10ờ ử ở ạ ấ ắ ỡ 8 s). Sau đó nguyên t chuy n v tr ngử ể ề ạ thái d ng có năng lừ ượng th p h n và cu i cùng v tr ng thái c b n.ấ ơ ố ề ạ ơ ả
Tiên đ v s b c x và h p th năng lề ề ự ứ ạ ấ ụ ượng c a nguyên t ủ ử
Khi nguyên t chuy n t tr ng thái d ng có năng lử ể ừ ạ ừ ượng En sang tr ng thái d ng có năng lạ ừ ượng Em nhỏ h n thì nguyên t phát ra m t phôtôn có năng lơ ử ộ ượng: = hfnm = En – Em.
Ngượ ạc l i, n u nguyên t tr ng thái d ng có năng lế ử ở ạ ừ ượng Em mà h p th đấ ụ ược m t phôtôn có năngộ lượng hf đúng b ng hi u Eằ ệ n – Em thì nó chuy n sang tr ng thái d ng có năng lể ạ ừ ượng En l n h n.ớ ơ
S chuy n t tr ng thái d ng Eự ể ừ ạ ừ m sang tr ng thái d ng Eạ ừ n ng v i s nh y c a electron t qu đ o d ngứ ớ ự ả ủ ừ ỹ ạ ừ có bán kính rm sang qu đ o d ng có bán kính rỹ ạ ừ n và ngượ ạc l i.
* Quang ph phát x và h p th c a nguyên t hidrôổ ạ ấ ụ ủ ử
+ Nguyên t hiđrô có các tr ng thái d ng khác nhau Eử ạ ừ K, EL, EM, ... . Khi đó electron chuy n đ ng trên cácể ộ qu đ o d ng K, L, M, ...ỹ ạ ừ
+ Khi electron chuy n t m c năng lể ừ ứ ượng cao (Ecao) xu ng m c năng lố ứ ượng th p h n (Eấ ơ th pấ ) thì nó phát ra m t phôtôn có năng lộ ượng hoàn toàn xác đ nh: hf = Eị cao – Eth pấ.
M i phôtôn có t n s f ng v i m t sóng ánh sáng đ n s c có bỗ ầ ố ứ ớ ộ ơ ắ ước sóng = cf , t c là m t v chứ ộ ạ quang ph có m t màu (hay m t v trí) nh t đ nh. Đi u đó lí gi i t i sao quang ph phát x c a nguyên tổ ộ ộ ị ấ ị ề ả ạ ổ ạ ủ ử hiđrô là quang ph v ch.ổ ạ
Ngượ ạ ếc l i n u m t nguyên t hiđrô đang m t m c năng lộ ử ở ộ ứ ượng Eth pấ nào đó mà n m trong m t chùmằ ộ ánh sáng tr ng, trong đó có t t c các phôtôn có năng lắ ấ ả ượng t l n đ n nh khác nhau, thì l p t c nguyênừ ớ ế ỏ ậ ứ t h p th m t phôtôn có năng lử ấ ụ ộ ượng phù h p ợ = Ecao – Eth pấ đ chuy n lên m c năng lể ể ứ ượng Ecao. Như v y, m t sóng ánh sáng đ n s c đã b h p th , làm cho trên quang ph liên t c xu t hi n m t v ch t i. Doậ ộ ơ ắ ị ấ ụ ổ ụ ấ ệ ộ ạ ố đó quang ph h p th c a nguyên t hiđrô cũng là quang ph v ch.ổ ấ ụ ủ ử ổ ạ
4. H p th và ph n x l c l a ánh sáng – Màu s c các v tấ ụ ả ạ ọ ự ắ ậ. * H p th ánh sángấ ụ
+ H p th ánh sáng là hi n tấ ụ ệ ượng môi trường v t ch t làm gi m cậ ấ ả ường đ c a chùm sáng truy n qua nó.ộ ủ ề + Đ nh lu t v s h p th ánh sáng: Cị ậ ề ự ấ ụ ường đ I c a chùm sáng đ n s c khi truy n qua môi trộ ủ ơ ắ ề ường h pấ th , gi m theo đ nh lu t hàm mũ c a đ dài d c a đụ ả ị ậ ủ ộ ủ ường đi tia sáng: I = I0e d; v i Iớ 0 là cường đ c a chùmộ ủ ánh sáng t i, ớ được g i là h s h p th c a môi trọ ệ ố ấ ụ ủ ường.
+ H p th l c l a: S h p th ánh sáng c a m t môi trấ ụ ọ ự ự ấ ụ ủ ộ ường có tính ch n l c, h s h p th c a môiọ ọ ệ ố ấ ụ ủ trường ph thu c vào bụ ộ ước sóng ánh sáng.
Nh ng v t không h p th ánh sáng trong mi n nhì t y c a quang ph đữ ậ ấ ụ ề ấ ủ ổ ược g i là v t trong su t khôngọ ậ ố màu. Nh ng v t h p th hoàn toàn m i ánh sáng nhìn th y thì có màu đen.ữ ậ ấ ụ ọ ấ
Nh ng v t h p th l c l a ánh sáng trong mi n nhìn th y thì đữ ậ ấ ụ ọ ự ề ấ ược g i là v t trong su t có màu.ọ ậ ố
* Ph n x (ho c tán x ) l c l a – Màu s c các v tả ạ ặ ạ ọ ự ắ ậ
+ m t s v t, kh năng ph n x (ho c tán x ) ánh sáng m nh y u khác nhau ph thu c và bỞ ộ ố ậ ả ả ạ ặ ạ ạ ế ụ ộ ước sóng ánh sáng t i. Đó là s ph n x (ho c tán x ) l c l a.ớ ự ả ạ ặ ạ ọ ự
+ Các v t th khác nhau có màu s c khác nhau là do chúng đậ ể ắ ượ ấ ạ ừc c u t o t nh ng v t li u khác nhau. Khiữ ậ ệ ta chi u ánh sáng tr ng vào v t, v t h p th m t s ánh sáng đ n s c và ph n x , tán x ho c cho truy nế ắ ậ ậ ấ ụ ộ ố ơ ắ ả ạ ạ ặ ề qua các ánh sáng đ n s c khác.ơ ắ
+ Màu s c các v t còn ph thu c vào màu s c c a ánh sáng r i vào nó: M t v t có màu đ khi nó đắ ậ ụ ộ ắ ủ ọ ộ ậ ỏ ược chi u b ng ánh sáng tr ng nh ng khi ch chi u vào nó ánh sáng màu lam ho c màu tím thì nó h p th hoànế ằ ắ ư ỉ ế ặ ấ ụ toàn chùm ánh sáng đó và nó tr thành có màu đen.ở
5. Hi n tệ ượng quang – Phát quang. * S phát quangự
+ Có m t s ch t khi h p th năng lộ ố ấ ấ ụ ượng dưới m t d ng nào đó, thì có kh năng phát ra các b c x đi nộ ạ ả ứ ạ ệ t trong mi n ánh sáng nhìn th y. Các hi n từ ề ấ ệ ượng đó g i là s phát quang.ọ ự
+ M i ch t phát quang có m t quang ph đ c tr ng cho nó.ỗ ấ ộ ổ ặ ư
+ Sau khi ng ng kích thích, s phát quang c a m t s ch t còn ti p t c kéo dài thêm m t th i gian nào đó,ừ ự ủ ộ ố ấ ế ụ ộ ờ r i m i ng ng h n. Kho ng th i gian t lúc ng ng kích thích cho đ n lúc ng ng phát quang g i là th iồ ớ ừ ẵ ả ờ ừ ừ ế ừ ọ ờ gian phát quang.
* Hu nh quang và lân quangỳ
+ S hu nh quang là s phát quang có th i gian phát quang ng n (dự ỳ ự ờ ắ ưới 108 s), nghĩa là ánh sáng phát quang h u nh t t ngay sau khi t t ánh sáng kích thích. Nó thầ ư ắ ắ ường x y ra v i ch t l ng và ch t khí.ả ớ ấ ỏ ấ
+ S lân quang là s phát quang có th i gian phát quang dài (t 10ự ự ờ ừ 8 s tr lên); thở ường x y ra v i ch t r n.ả ớ ấ ắ Các ch t r n phát lân quang g i là ch t lân quang.ấ ắ ọ ấ
* Đ nh lu t Xt c v s phát quangị ậ ố ề ự
Ánh sáng phát quang có bước sóng ’ dài h n bơ ước sóng c a ánh sáng kích thích ủ : ’ > .
* ng d ng c a hi n tỨ ụ ủ ệ ượng phát quang
S d ng trong các đèn ng đ th p sáng, trong các màn hình c a dao đ ng kí đi n t , tivi, máy tính. Sử ụ ố ể ắ ủ ộ ệ ử ử d ng s n phát quang quét trên các bi n báo giao thông.ụ ơ ể
6. S lơ ượ ềc v laze.
Laze là m t ngu n sáng phát ra m t chùm sáng cộ ồ ộ ường đ l n d a trên vi c ng d ng hi n tộ ớ ự ệ ứ ụ ệ ượng phát x c m ng.ạ ả ứ
* S phát x c m ngự ạ ả ứ
N u m t nguyên t đang trong tr ng thái kích thích, s n sàng phát ra m t phôtôn có năng lế ộ ử ở ạ ẵ ộ ượng = hf, b t g p m t phôtôn có năng lắ ặ ộ ượng ’ đúng b ng hf bay lằ ướt qua nó, thì l p t c nguyên t này cũng phát raậ ứ ử phôtôn . Phôtôn có cùng năng lượng và bay cùng phương v i phôtôn ớ ’. Ngoài ra sóng đi n t ng v iệ ừ ứ ớ phôtôn hoàn toàn cùng pha và dao đ ng trong m t m t ph ng song song v i m t ph ng dao đ ng c aộ ộ ặ ẵ ớ ặ ẵ ộ ủ sóng đi n t ng v i phôtôn ệ ừ ứ ớ ’.
Nh v y, n u có m t phôtôn ban đ u bay qua m t lo t các nguyên t đang trong tr ng thái kích thíchư ậ ế ộ ầ ộ ạ ử ở ạ thì s phôtôn s tăng lên theo c p s nhân.ố ẽ ấ ố
Tùy theo v t li u phát x , ngậ ệ ạ ười ta đã t o ra laze r n, laze khí và laze bán d n. Laze rubi (h ng ng c)ạ ắ ẫ ồ ọ bi n đ i quang năng thành quang năng.ế ổ
* C u t o c a laze rubiấ ạ ủ
Rubi (h ng ng c) là Alồ ọ 2O3 có pha Cr2O3.
Laze rubi g m m t thanh rubi hình tr . Hai m t đồ ộ ụ ặ ược mài nh n vuông góc v i tr c c a thanh. M t (1)ẵ ớ ụ ủ ặ được m b c tr thành gạ ạ ở ương ph ng (Gẵ 1) có m t ph n x quay vào phía trong. M t (2) là m t bán m , t cặ ả ạ ặ ặ ạ ứ là m m t l p m ng đ cho kho ng 50% cạ ộ ớ ỏ ể ả ường đ chùm sáng chi u t i b ph n x , còn kho ng 50%ộ ế ớ ị ả ạ ả truy n qua. M t này tr thành gề ặ ở ương ph ng (Gẳ 2) có m t ph n x quay v phía Gặ ả ạ ề 1. Hai gương G1 và G2 song song v i nhau.ớ
Dùng đèn phóng đi n xenon đ chi u sáng r t m nh thanh rubi và đ a m t s l n ion crôm lên tr ng tháiệ ể ế ấ ạ ư ộ ố ớ ạ kích thích. N u có m t ion crôm b c x theo phế ộ ứ ạ ương vuông góc v i hai gớ ương thì ánh sáng s ph n x điẽ ả ạ ph n x l i nhi u l n gi a hai gả ạ ạ ề ầ ữ ương và s làm cho m t lo t ion crôm phát x c m ng. Ánh sáng sẽ ộ ạ ạ ả ứ ẽ được khu ch đ i lên nhi u l n. Chùm tia laze đế ạ ề ầ ượ ấc l y ra t gừ ương bán m Gạ 2.
* Đ c đi m c a lazeặ ể ủ
+ Laze có tính đ n s c r t cao. Đ sai l ch tơ ắ ấ ộ ệ ương đ i ố
f f
c a t n s ánh sáng do laze phát ra có th chủ ầ ố ể ỉ b ng 10ằ 15.
+ Tia laze là chùm sáng k t h p (các phôtôn trong chùm có cùng t n s và cùng pha).ế ợ ầ ố + Tia laze là chùm sáng song song (có tính đ nh hị ướng cao).
+ Tia laze có cường đ l n. Ch ng h n laze rubi (h ng ng c) có cộ ớ ẵ ạ ồ ọ ường đ t i 10ộ ớ 6 W/cm2.
Nh v y, laze là m t ngu n sáng phát ra chùm sáng song song, k t h p, có tính đ n s c cao và có cư ậ ộ ồ ế ợ ơ ắ ường đ l n (trên 10ộ ớ 6 W/cm2).
* M t s ng d ng c a lazeộ ố ứ ụ ủ
+ Tia laze có u th đ c bi t trong thông tin liên l c vô tuy n (truy n thông thông tin b ng cáp quang, vôư ế ặ ệ ạ ế ề ằ tuy n đ nh v , đi u khi n con tàu vũ tr , ...)ế ị ị ề ể ụ
+ Tia laze được dùng nh dao m trong ph u thu t m t, đ ch a m t s b nh ngoài da (nh tác d ngư ổ ẩ ậ ắ ể ữ ộ ố ệ ờ ụ nhi t), ...ệ
+ Tia laze được dùng trong các đ u đ c đĩa CD, bút ch b ng, ch b n đ , dùng trong các thí nghi m quangầ ọ ỉ ả ỉ ả ồ ệ h c trọ ở ường ph thông, ...ổ
+ Ngoài ra tia laze còn được dùng đ khoan, c t, tôi, ... chính xác các v t li u trong công nghi p.ể ắ ậ ệ ệ B. CÁC D NG BÀI T PẠ Ậ
1. Hi n tệ ượng quang di n ngoàiệ . * Các công th c:ứ
Hi n tệ ượng quang đi n ngoài là hi n tệ ệ ượng các electron b b t ra kh i b n m t kim lo i khi có ánh sángị ậ ỏ ề ặ ạ thích h p chi u vào.ợ ế
Năng lượng c a phôtôn ánh sáng: ủ = hf = hc.
Công th c Anhxtanh, gi i h n quang đi n, đi n áp hãm: ứ ớ ạ ệ ệ hf = hc= A + 2 1 mv20max = 0 hc
+ Wdmax; 0 = hcA ; Uh = Wdemax .
Đi n th c c đ i qu c u kim lo i cô l p v đi n đ t đệ ế ự ạ ả ầ ạ ậ ề ệ ạ ược khi chi u chùm sáng có ế 0: Vmax = Wdemax . Công su t ngu n sáng, cấ ồ ường đ dòng quang đi n b o hoà, hi u su t lộ ệ ả ệ ấ ượng t : P = nử hc; Ibh = ne|e|; H =
n ne
.
L c Lorrenx , l c hự ơ ự ướng tâm: Flr = qvBsin ; Fht = maht =
R mv2
.
* Phương pháp gi i: ả Đ tìm các đ i lể ạ ượng trong hi n tệ ượng quang đi n ngoài ệ ta vi t bi u th c liên quanế ể ứ đ n các đ i lế ạ ượng đã bi t và đ i lế ạ ượng c n tìm t đó suy ra và tính đ i lầ ừ ạ ượng c n tìm.ầ
* Bài t p minh h a:ậ ọ
Cho h = 6,625.1034 Js; c = 3.108 m/s; |e| = 1,6.1019 C; me = 9,1.1031 kg.
1. Công thoát electron kh i đ ng là 4,57 eV. Chi u b c x có bỏ ồ ế ứ ạ ước sóng = 0,14 m vào m t qu c uộ ả ầ b ng đ ng đ t xa các v t khác. Tính gi i h n quang đi n c a đ ng và đi n th c c đ i mà qu c u đ ngằ ồ ặ ậ ớ ạ ệ ủ ồ ệ ế ự ạ ả ầ ồ tích được.
2. Công thoát electron kh i k m là 4,25 eV. Chi u vào m t t m k m đ t cô l p v đi n m t chùm b c xỏ ẻ ế ộ ấ ẻ ặ ậ ề ệ ộ ứ ạ đi n t đ n s c thì th y t m k m tích đệ ừ ơ ắ ấ ấ ẻ ược đi n tích c c đ i là 3 V. Tính bệ ự ạ ước sóng và t n s c a chùmầ ố ủ b c x .ứ ạ
3. Chi u chùm b c x đi n t có t n s f = 5,76.10ế ứ ạ ệ ừ ầ ố 14 Hz vào m t mi ng kim lo i thì các quang electron cóộ ế ạ v n t c ban đ u c c đ i là v = 0,4.10ậ ố ầ ự ạ 6 m/s. Tính công thoát electron và bước sóng gi i h n quang đi n c aớ ạ ệ ủ kim lo i đó.ạ
4. Công thoát electron kh i kim lo i natri là 2,48 eV. M t t bào quang đi n có catôt làm b ng natri, khiỏ ạ ộ ế ệ ằ được chi u sáng b ng chùm b c x có bế ằ ứ ạ ước sóng 0,36 m thì cho m t dòng quang đi n có cộ ệ ường đ b oộ ả
hòa là 3 A. Tính v n t c ban đ u c c đ i c a electron quang đi n và s electron b t ra kh i catôt trongậ ố ầ ự ạ ủ ệ ố ứ ỏ 1 giây.
5. Chi u m t b c x đi n t có bế ộ ứ ạ ệ ừ ước sóng vào catôt c a m t t bào quang đi n. Bi t công thoát electronủ ộ ế ệ ế c a kim lo i làm catôt là 3 eV và các electron b n ra v i v n t c ban đ u c c đ i là 7.10ủ ạ ắ ớ ậ ố ầ ự ạ 5 m/s. Xác đ nhị bước sóng c a b c x đi n t đó và cho bi t b c x đi n t đó thu c vùng nào trong thang sóng đi n t .ủ ứ ạ ệ ừ ế ứ ạ ệ ừ ộ ệ ừ 6. Chi u b c x có bế ứ ạ ước sóng = 0,438 m vào catôt c a m t t bào quang đi n. Bi t kim lo i làm catôtủ ộ ế ệ ế ạ c a t bào quang đi n có gi i h n quang đi n là ủ ế ệ ớ ạ ệ 0 = 0,62 m. Tìm đi n áp hãm làm tri t tiêu dòng quangệ ệ đi n.ệ
7. Chi u b c x có bế ứ ạ ước sóng 0,405 m vào m t t m kim lo i thì các quang electron có v n t c ban đ uộ ấ ạ ậ ố ầ c c đ i là vự ạ 1. Thay b c x khác có t n s 16.10ứ ạ ầ ố 14 Hz thì v n t c ban đ u c c đ i c a các quang electron làậ ố ầ ự ạ ủ v2 = 2v1. Tìm công thoát electron c a kim lo i.ủ ạ
8. M t t bào quang đi n có catôt làm b ng asen có công thoát electron b ng 5,15 eV. Chi u chùm sángộ ế ệ ằ ằ ế đ n s c có bơ ắ ước sóng 0,20 m vào catôt c a t bào quang đi n thì th y củ ế ệ ấ ường đ dòng quang đi n b oộ ệ ả hòa là 4,5 A. Bi t công su t chùm b c x là 3 mW . Xác đ nh v n t c c c đ i c a electron khi nó v aế ấ ứ ạ ị ậ ố ự ạ ủ ừ b b t ra kh i catôt và hi u su t lị ậ ỏ ệ ấ ượng t .ử
9. Chi u b c x có bế ứ ạ ước sóng = 0,4 m vào catôt c a m t t bào quang đi n. Bi t công thoát electronủ ộ ế ệ ế c a kim lo i làm catôt là A = 2 eV, đi n áp gi a anôt và catôt là Uủ ạ ệ ữ AK = 5 V. Tính đ ng năng c c đ i c a cácộ ự ạ ủ quang electron khi t i anôt.ớ
* Hướng d n gi i và đáp s :ẫ ả ố
1. Ta có: 0 = 34 19 8 10 . 6 , 1 . 57 , 4 10 . 3 . 10 . 625 , 6 A hc = 0,27.106 m; Wd0 = hc A = 6,88.1019 J; Vmax = e Wd0 = 4,3 V. 2. Ta có:Wd0max = eVmax = 3 eV; = d0 ax W m hc A+ = 0,274.10 6 m; f = λc = 1,1.1014 Hz. 3. Ta có: A = hf 2 0 2 1mv = 3,088.1019 J; 0 = A hc = 0,64.106 m. 4. Ta có: Wd0 = hc A = 1,55.1019 J; v0 = m Wd0 2 = 0,58.106 m/s; ne = e Ibh = 1,875.1013. 5. Ta có: = 2 0 2 1mv A hc = 0,215.106 m; b c x đó thu c vùng t ngo i.ứ ạ ộ ử ạ 6. Ta có: Wd0 = hc 0 hc = 1,33.1019 J; Uh = e Wd0 = 0,83 V. 7. Ta có: f1 = 1 c = 7,4.1014 Hz; 2 1 2 1mv = hf1 – A; 2 2 2 1mv = 4 2 1 2 1mv = hf2 – A 4 = hfhf AA 1 2 A = 3 4hf1 hf2 = 3.1019 J. 8. Ta có: Wd0 = hc A = 1,7.1019 J; v0 = m Wd0 2 = 0,6.106 m/s. ne = e Ibh = 2,8.1013; n = hc P hc P = 3.1015 H = nne = 9,3.103 = 0,93%.
9. Ta có: Wđ0 = hc A = 8,17.1019 J;Wđmax = Wđ0 + |e|UAK = 16,17.1019 J = 10,1 eV.
2. Quang ph v ch c a ổ ạ ủ nguyên t hyđrô ử – Hi n t ệ ượng phát quang . * Ki n th c liên quan:ế ứ
Quang ph v ch c a nguyên t hyđrô: Eổ ạ ủ ử n – Em = hf = hc.
Bán kính qu đ o d ng th n c a electron trong nguyên t hiđrô: rỹ ạ ừ ứ ủ ử n = n2r1; v i rớ 1 = 0,53.1011m là bán kính Bo ( qu đ o K).ở ỹ ạ
Năng lượng c a electron trong nguyên t hiđrô qu đ o d ng th n: Eủ ử ở ỹ ạ ừ ứ n = 132,6
n eV; v i n ớ N* S đ chuy n m c năng lơ ồ ể ứ ượng khi t o thành các dãy quang ph :ạ ổ
Hi n tệ ượng quang đi n trong là hi n tệ ệ ượng t o thành các electron d n và l tr ng trong bán d n khi có ánhạ ẫ ỗ ố ẫ sáng thích h p chi u vào.ợ ế
Hi n tệ ượng phát quang là hi n tệ ượng m t s ch t khi h p th năng lộ ố ấ ấ ụ ượng dưới m t d ng nào đó thì cóộ ạ kh năng phát ra các b c x đi n t trong mi n ánh sáng nhìn th y.ả ứ ạ ệ ừ ề ấ
Đ c đi m c a s phát quang: ánh sáng phát quang có bặ ể ủ ự ước sóng ’ dài h n bơ ước sóng c a ánh sáng kíchủ thích : ’ > .
* Bài t p minh h a:ậ ọ
Cho 1 eV = 1,6.1019 J ; h = 6,625.1034 Js ; c = 3.108 m/s; me = 9,1.1031 kg.
1. Bước sóng c a v ch quang ph đ u tiên trong dãy Laiman là ủ ạ ổ ầ 0 = 122 nm, c a hai v ch Hủ ạ và H trong dãy Banme l n lầ ượt là 1 = 656nm và 2 = 486 nm. Hãy tính bước sóng c a v ch quang ph th hai trongủ ạ ổ ứ dãy Laiman và v ch đ u tiên trong dãy Pasen.ạ ầ
2. Trong quang ph v ch c a nguyên t hiđrô, v ch ng v i bổ ạ ủ ử ạ ứ ớ ước sóng dài nh t trong dãy Laiman làấ 1 = 0,1216 m và v ch ng v i s chuy n c a electron t qu đ o M v qu đ o K có bạ ứ ớ ự ể ủ ừ ỹ ạ ề ỹ ạ ước sóng 2 = 0,1026 m. Hãy tính bước sóng dài nh t ấ 3 trong dãy Banme.
3. Các m c năng lứ ượng c a nguyên t hiđrô tr ng thái d ng đủ ử ở ạ ừ ược xác đ nh b ng công th c: Eị ằ ứ n = 132,6
n
eV v i n là s nguyên; n = 1 ng v i m c c b n K; n = 2, 3, 4, … ng v i các m c kích thích L, M, N,…ớ ố ứ ớ ứ ơ ả ứ ớ ứ a) Tính ra Jun năng lượng iôn hoá c a nguyên t hiđrô.ủ ử
b) Tính ra mét bước sóng c a v ch đ Hủ ạ ỏ trong dãy Banme.
4. Khi êlectron qu đ o d ng th n thì năng lở ỹ ạ ừ ứ ượng c a nguyên t hiđrô đủ ử ược tính theo công th cứ En = 13,26
n (eV) (n = 1, 2, 3,…). Tính b c sóng c a b c x do nguyên t ướ ủ ứ ạ ửhiđrô phát ra khi êlectron trong nguyên t hiđrô chuy n t qu đ o d ng n = 3 sang ử ể ừ ỹ ạ ừ qu đ o d ng n = 2.ỹ ạ ừ
5. Năng lượng c a các tr ng thái d ng trong nguyên t hiđrô l n lủ ạ ừ ử ầ ượt là EK = 13,60 eV; EL = 3,40 eV; EM = 1,51 eV; EN = 0,85 eV; EO = 0,54 eV. Hãy tìm bước sóng c a các b c x t ngo i do nguyên tủ ứ ạ ử ạ ử hiđrô phát ra.
6. Bi t bế ước sóng c a hai v ch đ u tiên trong dãy Laiman c a nguyên t hiđrô là ủ ạ ầ ủ ử L1 = 0,122 m và