Phân loại và phương pháp giải nhanh vật lý_Chương VII: Quang học lượng tử

Chia sẻ: T N | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:7

0
100
lượt xem
28
download

Phân loại và phương pháp giải nhanh vật lý_Chương VII: Quang học lượng tử

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'phân loại và phương pháp giải nhanh vật lý_chương vii: quang học lượng tử', tài liệu phổ thông, ôn thi đh-cđ phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Phân loại và phương pháp giải nhanh vật lý_Chương VII: Quang học lượng tử

  1. Ph©n lo¹i vµ ph¬ng ph¸p gi¶i nhanh bµi tËp vËt lý  Ch¬ng VII: Quang häc lîng tö Ch¬ng VII: Quang häc lîng tö PhÇn I: kiÕn thøc c¬ b¶n hc 1 1. C«ng thøc Anhxtanh:  hf = = A + mv max = A + e U h 2 (1) λ 2 Trong ®ã:  h lµ h»ng sè Pl¨ng: h=6.625.10­34 c lµ vËn tèc ¸nh s¸ng: c=3.108 m/s λ lµ bíc sãng ¸nh s¸ng( ®æi sang cïng ®¬n vÞ m). hc A lµ c«ng tho¸t e ra khái bÒ mÆt vËt chÊt,  A = λo (2) m lµ khèi lîng cña mét h¹t electron, m=9,1.10­31Kg vmax lµ vËn tèc lín nhÊt cña e bay ra khái bÒ mÆt kim lo¹i  (m/s). hc 2. Giíi h¹n quang ®iÖn: λ o = (3) A 3. HiÖu ®iÖn thÕ UAK= Uh 0   ®Ó  t¨ng   tèc  cho   h¹t  electron,   khi   ®ã  ®éng  n¨ng cña h¹t electron: 1 1 Wd = mV 2 = eU AK + mv max 2 (6) 2 2 5.Khi nguyªn tö chuyÓn tõ tr¹ng th¸i cã møc n¨ng lîng Em  sang møc  n¨ng lîng En th× bøc x¹ (hoÆc hÊp thô) mét ph«t«n cã n¨ng lîng: ε =hfmn=Ecao­EthÊp (7) 6.Cêng ®é dßng quang ®iÖn b∙o hoµ:  Ibh=n× e  (A) (8) Trong ®ã: n lµ sè h¹t e bøt ra khái bÒ mÆt kim lo¹i) hc 7.C«ng suÊt cña chïm s¸ng:  P = Nε = N  (W) (9) λ Trong ®ã: N lµ sè ph«t«n ¸nh s¸ng n 8. HiÖu suÊt cña hiÖn tîng quang ®iÖn:  H = × 100% N (10)  9. Khi h¹t e bay vµo trong tõ trêng ®Òu B , nã sÏ chÞu t¸c dông cña   lùc Loren, lùc nµy ®ãng vai trß lùc híng t©m lµm cho h¹t chuyÓn ®éng   theo quü ®¹o trßn b¸n kÝnh R: v2 Fht = m = evB sin α   (11) R  eBR sin α (12) v =  m =>    R = mv (13)   eB sin α Th.S Lª V¨n Thµnh­Email: levanthanh@pv­power.vn ­§T:04.33.52.86.81­0989.345.975  Trang111 
  2. Ph©n lo¹i vµ ph¬ng ph¸p gi¶i nhanh bµi tËp vËt lý  Ch¬ng VII: Quang häc lîng tö  10. Khi h¹t e bay vµo trong ®iÖn trêng ®Òu E , nã sÏ chÞu t¸c dông  cña lùc ®iÖn trêng vµ lµm cho h¹t chuyÓn ®éng víi gia tèc a: F = ma = qE = eE (14) PhÇn II: C¸c d¹ng bµi tËp VÝ dô 1: C«ng tho¸t e cña Na b»ng A=2,48eV. ChiÕu vµo bÒ mÆt cña Na  ¸nh s¸ng cã bíc sãng λ=0,31µm. X¸c ®Þnh: 1. Giíi h¹n quang ®iÖn λ o cña Na? 2. VËn tèc cùc ®¹i cña electron khi bËt ra khái bÒ mÆt kim lo¹i? 3. HiÖu ®iÖn thÕ (Uh) ®Ó triÖt tiªu dßng quang ®iÖn? 4. TÝnh ®iÖn thÕ cùc ®¹i cã thÓ ®¹t ®îc cña kim lo¹i Na? 5. Sau khi bËt ra khái bÒ mÆt kim lo¹i, electron ®îc bay trong  ®iÖn trêng ®Òu víi UAK=25V. TÝnh ®éng n¨ng cña electron khi ®Ëp vµo  bÒ mÆt Anèt. 6.Sau  khi   bËt  ra   khái  bÒ   mÆt  kim   lo¹i,   electron  ®îc   bay  trong  ®iÖn trêng ®Òu víi UKA= 1V (UAK=­1V). TÝnh ®éng n¨ng cña electron khi  ®Ëp vµo bÒ mÆt Anèt. 7. BiÕt cêng ®é dßng quang ®iÖn bµo hoµ Ibh=16mA vµ hiÖu suÊt cña  hiÖn tîng quang ®iÖn lµ 80%. TÝnh c«ng suÊt cña chïm s¸ng? 8. Dïng mµn ch¾n t¸ch ra mét chïm hÑp c¸c electron quang ®iÖn vµ  híng chóng bay vµo vu«ng gãc víi tõ trêng ®Òu cã ®é lín c¶m øng tõ  lµ B=6,1.10­5  T. X¸c ®Þnh b¸n kÝnh cùc ®¹i cña quü ®¹o electron bay  trong tõ trêng? 9. Dïng mµn ch¾n t¸ch ra mét chïm hÑp c¸c electron quang ®iÖn vµ  híng chóng bay vµo vu«ng gãc víi tõ trêng ®Òu cã ®é lín c¶m øng tõ  lµ B=6,1.10­5T. BiÕt h¹t bay víi quü ®¹o trßn b¸n kÝnh R=0,05m. X¸c  ®Þnh vËn tèc electron khi ®ã? 10. Cho electron bay vµo ®iÖn trêng trong lßng cña tô ®iÖn ®Æt  c¸ch nhau mét kho¶ng d=2cm, hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai m¸ cña tô ®iÖn  u=12V. TÝnh gia tèc mµ lùc ®iÖn trêng ®∙ truyÒn cho electron? Bµi lµm 1. Giíi h¹n quang ®iÖn λ o: hc hc 6,625.10 −34 .3.10 8 1,9875.10 −25 A= ⇒ λo = = = = 5.10 −7 m = 0,5µm λo A 2,48.1,6.10 −19 3,968.10 −6 2. VËn tèc cùc ®¹i cña c¸c electron vmax: 2hc 2.1,9875.10 −25 hc 1 2 − 2A − 2.2,48.1,6.10 −19 = A + mv max λ 0,31.10 −6 λ 2 ⇒ v max = = = 7,32.10 5 m / s m 9,1.10 −31 3. HiÖu ®iÖn thÕ Uh mv max 9,1.10 −31.(7,32.10 5 ) 2 2 Uh = = = 1,5(V )   ⇒ U h = −1,5V 2e 2.1,6.10 −19 Th.S Lª V¨n Thµnh­Email: levanthanh@pv­power.vn ­§T:04.33.52.86.81­0989.345.975  Trang112 
  3. Ph©n lo¹i vµ ph¬ng ph¸p gi¶i nhanh bµi tËp vËt lý  Ch¬ng VII: Quang häc lîng tö 4. TÝnh ®iÖn thÕ cùc ®¹i cã thÓ ®¹t ®îc cña kim lo¹i Na? Kim lo¹i bÞ mÊt e, sau mét thêi gian Katèt sÏ ®¹t tíi ®iÖn thÕ Vmax,  khi ®ã sÏ h×nh thµnh ra ®iÖn trêng c¶n trë chuyÓn ®éng cña electron.  Khi   V max = U h   th×   electron   kh«ng   thÓ   bay   ra   khái   bÒ   mÆt   kim   lo¹i.  ⇒ V max = U h = 1,5V 5. UAK>0, electron ®îc t¨ng tèc khi bay ®Õn Anèt theo c«ng thøc: 1 1 1 W d = mV 2 = eU AK + mv max = 1,6.10 −19 .25 + .9,1.10 −31.(7,32.10 5 ) 2 = 42,44.10 −19 ( J ) 2 2 2 2 6. UAK  R max = = = 0,06825(m) R eB sin α 1,6.10 −19 .6,1.10 −5 eBR sin α 1,6.10 −19 .6,1.10 −5.0,05.Sin(π / 2) 9. Tõ (1) ta cã:  v = = − 31 = 5,36.10 −5 (m / s) m 9,1.10 10. Lùc ®iÖn trêng t¸c dông lªn h¹t electron: U 12 q 1,6.10 −19 . F = qE = ma qE 2.10 − 2 = 1,05.1014 (m / s 2 ) ⇒a= = d = m m 9,1.10 −31 VÝ dô 2:  P O N M 3 2 1 D ∙y  en Pas L λ λ λ λ η γ β α 4 3 2 1 tm chµm l Ý am ®á D ∙y  Banm e K 5 4 3 2 1 D ∙y Lai an   m Th.S Lª V¨n Thµnh­Email: levanthanh@pv­power.vn ­§T:04.33.52.86.81­0989.345.975  Trang113 
  4. Ph©n lo¹i vµ ph¬ng ph¸p gi¶i nhanh bµi tËp vËt lý  Ch¬ng VII: Quang häc lîng tö 1.Cho biÕt bíc sãng cña hai  v¹ch ®Çu tiªn cña d∙y Laiman  lµ  λ 1  vµ  λ 2.   T×m   bíc   sãng  ®Çu tiªn λ ML cña d∙y Banme. 2.   Cho   biÕt   bíc   sãng   cuèi  cïng cña d∙y Pasen lµ λ 1 bíc  sãng thø 2 cña d∙y Laiman lµ  λ 2.   T×m   bíc   sãng   cuèi   cïng  λ PK cña d∙y Laiman. Bµi lµm 1. Ta cã:  hc hc hc hc  λ = E L − E K (1) − λ 2 λ1 = EM − EL = λ ML  1 λ1 .λ2    ⇒ (2) − (1) ⇔ ⇒ λML = λ1 − λ2 hc  = E − E (2) 1 1 1 − =  λ2  M K λ 2 λ1 λ ML 2. Ta cã:  hc hc hc hc  λ = E P − E M (1) λ + λ1 = EP − EK = λ PK  1 λ .λ    ⇒ (2) + (1) ⇔ 2 ⇒ λPK = 1 2 λ1 + λ2  hc = E − E (2) 1 + 1 = 1  λ2  M K λ 2 λ1 λ PK VÝ dô 3: Trong quang phæ  hi®r«, bíc sãng dµi nhÊt cña d∙y Laiman lµ  λ 1=0,1216µm, buíc sãng ng¾n nhÊt cña d∙y Banme lµ λ 1=0,3650 µm. N¨ng  lîng  cÇn thiÕt  ®Ó ion hãa nguyªn tö hi®r« lµ: A. 2,18 .10 – 19 J   B. 13,6. 10 ­19J                 C. 6,625. 10  ­34 J             D. 2,8.10 ­20  J  Bµi lµm Tõ hai bíc sãng ®∙ cho, ta t×m ®îc bíc sãng ph¸t ra khi e chuyÓn tõ  quü ®¹o P vÒ K lµ:  λ1 .λ 2 0,1216.0,3650 ⇒λ = = = 0,0912µm λ1 + λ 2 0,1216 + 0,3650 N¨ng lîng cÇn thiÕt ®Ó ion hãa nguyªn tö Hi®r« ®óng b»ng n¨ng lîng  cÇn thiÕt ®Ó ®a electron tõ quü ®¹o K chuyÓn ra quü ®¹o P. VËy ta  cã: hc hc 6,625.10 −34.3.10 8 E= = = = 21,79.10 −19 J λ PK λ 0,0912.10 −6 VÝ dô 4: C¸c møc n¨ng lîng cña nguyªn tö H ë tr¹ng th¸i dõng ®îc x¸c  13,6 ®Þnh b»ng c«ng thøc   E n = − eV, víi n lµ sè nguyªn n= 1,2,3,4 ...  n2 Th.S Lª V¨n Thµnh­Email: levanthanh@pv­power.vn ­§T:04.33.52.86.81­0989.345.975  Trang114 
  5. Ph©n lo¹i vµ ph¬ng ph¸p gi¶i nhanh bµi tËp vËt lý  Ch¬ng VII: Quang häc lîng tö øng víi c¸c møc K,L,M,N. TÝnh tÇn sè cña bøc x¹ cã bíc sãng dµi nhÊt  ë d∙y Banme: A.  0,456.1015  Hz  B. 0,613.1015  Hz   C.   0,463.1015    Hz  D.   0, 919.1015  Hz  Bµi lµm Bíc sãng dµi nhÊt trong d∙y Banme khi electron chuyÓn tõ quü ®¹o M  (n=3) vÒ quü ®¹o L (n=2). VËy ta cã: 13,6 13,6 E ML = E M − E L = (− 2 ) − (− 2 ) = 1,89eV = hf ML 3 2 1,89eV 1,89.1,6.10 −19 ⇒ f ML = = − 34 = 0,456.1015 ( Hz ) h 6,625.10 VÝ   dô   5:  ChiÕu   vµo   kim   lo¹i   ¸nh   s¸ng   cã   bíc   sãng  λ 1=0,36µm   th×  electron bËt ra khái bÒ mÆt kim lo¹i víi vËn tèc v 1.  ChiÕu vµo kim  lo¹i ¸nh s¸ng cã bíc sãng  λ 2=0,2µm th× electron bËt ra khái bÒ mÆt  kim lo¹i víi vËn tèc v2. BiÕt tØ sè gi÷a hai vËn tèc b»ng 2. T×m giíi  h¹n quang ®iÖn cña kim lo¹i: A. λo=0,391µm B. λo=0,491µm C. λo=0,591µm D.  λo=0,691µm Bµi lµm NhËn xÐt: Do λ 1>λ 2 nªn v2>v1. VËy v2=2v1. Ta c∙:  hc 1 2  hc 1 2  hc 1 2  λ = A + 2 mv1  λ = A + 2 mv1 4 λ = 4 A + 4. 2 mv1 (1)  1  1     ⇔ ⇔ 1   LÊy  hc = A + 1 mv 2  hc = A + 1 m(2v ) 2  hc = A + 4 1 mv 2 (2)  λ2  2 2  λ2  2 1  λ2  2 1 hc hc 4 1 hc 4λ − λ1 3 3λ1λ2 (1) − (2) ⇔ 4 − = 3A ⇔ hc ( − )=3 ⇒ 2 = ⇒ λo = λ1 λ 2 λ1 λ 2 λo λ1λ2 λo 4λ 2 − λ1 3.0,36.0,2 Thay sè, ta ®îc:   λo = = 0,49 µm 4.0,2 − 0,36 VÝ dô 6:  Cho biÕt hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a Anèt vµ Catèt lµ UAK=25KV. Bá  qua ®éng n¨ng ban ®Çu cña c¸c h¹t electron khi bøt ra khái Catèt.  ­ T×m bíc sãng nhá nhÊt λ min cña tia R¬nGhen. ­ T×m tÇn sè lín nhÊt cã thÓ ph¸t ra cña tia R¬nGhen. Bµi lµm: Electron cã ®éng n¨ng ban ®Çu  Wdo , ®îc t¨ng tèc trong ®iÖn trêng cña  UAK, nã nhËn ®îc thªm n¨ng lîng ®óng b»ng eUAK. Khi e bay ®Õn ®Ëp vµo  ®èi ©m cùc, mét phÇn n¨ng lîng Q lµm nãng ®èi ©m cùc, phÇn cßn l¹i  sÏ   chuyÓn   thµnh   n¨ng   lîng   ph¸t   ra   cña   tia   R¬nGhen.   VËy   ta   cã:  hc Wdo + eU AK = Q + . λ Th.S Lª V¨n Thµnh­Email: levanthanh@pv­power.vn ­§T:04.33.52.86.81­0989.345.975  Trang115 
  6. Ph©n lo¹i vµ ph¬ng ph¸p gi¶i nhanh bµi tËp vËt lý  Ch¬ng VII: Quang häc lîng tö ­ NÕu bá qua ®éng n¨ng ban ®Çu th×   Wdo = 0   vµ  λ min  khi nhiÖt lîng lµm  hc hc nãng ®èi Catèt Q=0 nªn:  eU AK = ⇒ λ min = (1) λ min eU AK c eU AK ­ TÇn sè lín nhÊt cña tia R¬nGhen:  f max = = (2) λmin h    ¸p dông sè, ta ®      îc: hc 6,625.10 −34.3.10 8 λ min = = −19 3 = 0,0495.10 −9 m = 0,0495nm eU AK 1,6.10 .25.10 eU AK 1,6.10 −19.25.10 3 f max = = −35 = 60,36.1017 ( Hz ) .HoÆc  h 6,625.10 c 3.10 8 f max = = = 60,36.1017 ) Hz ) λmin 0,0495.10 −9 VÝ dô 7: Mét tÕ bµo quang ®iÖn cã an«t vµ catèt ®Òu lµ nh÷ng b¶n kim  lo¹i ph¼ng, ®Æt song song, ®èi diÖn vµ c¸ch nhau mét kho¶ng d. §Æt  vµo anèt vµ catèt mét hiÖu ®iÖn thÕ U1 (U1 > 0), sau ®ã chiÕu vµo mét  ®iÓm trªn catèt mét tia s¸ng cã bíc sãng  λ  . T×m b¸n kÝnh lín nhÊt  cña vïng trªn bÒ mÆt anèt cã electron ®Ëp vµo. BiÕt hiÖu ®iÖn thÕ  h∙m cña kim lo¹i lµm catèt øng víi bøc x¹ trªn cã ®é lín lµ U2. U1 U2 U1 U2 A.  R = 2d . B.  R = 2d . C.  R = 2d . D.  R = 2d . U2 U1 U2 U1 Bµi lµm Sau khi bøt ra khái Catèt, electron bay theo mäi ph¬ng, e; electron  sÏ ®Õn anèt víi b¸n kÝnh lín nhÊt khi míi tho¸t ra khái Catèt nã cã  ph¬ng song song víi bÒ mÆt Catèt. Khi Êy electron nµy sÏ tham gia  ®ång thêi hai chuyÓn ®éng: ­ ChuyÓn ®éng theo ph¬ng song song víi bÒ  _ mÆt   catèt   (ph¬ng   Ox)   víi   vËn   tèc   ban   ®Çu  E + vo. Ph¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cã d¹ng: _ + x=v t (1) ox ­ ChuyÓn ®éng ngîc chiÒu cêng ®é ®iÖn trêng  _ x +Rmax (theo ph¬ng Oy) gia tèc  a  cã ®é lín: _ O + U 1 _ y + F qE e d eU     a= m = m = m = md 1 _ +Rmax _ e e e e (2)  Ph¬ng   tr×nh   chuyÓn   ®éng   theo   ph¬ng   Oy   cã  _ E + d¹ng:  + 1 2 1 1 y = v oy t + at = 0 + at 2 = at 2 (3) 2 2 2 Khi x=Rmax th× y=d,  ta cã:  Th.S Lª V¨n Thµnh­Email: levanthanh@pv­power.vn ­§T:04.33.52.86.81­0989.345.975  Trang116 
  7. Ph©n lo¹i vµ ph¬ng ph¸p gi¶i nhanh bµi tËp vËt lý  Ch¬ng VII: Quang häc lîng tö 1 2 2d . Thay vµo (1) ta ®îc: y= at = d ⇒t = 2 a 2d x = Rmax = v ox t = v ox (4) a 1 2eU 2 Trong ®ã: VËn tèc vox:  me v ox = e U h = eU 2 ⇒ vox = 2 2 me (5).  Thay (2) vµ (5) vµo (4) ta ®îc: 2d 2eU 2 2d U2 x = Rmax = vox = . = 2d U2 a me eU 1 U 1 .   KÕt luËn:  Rmax = 2d U1 me d (6)   VÝ dô 8   Khi chiÕu bøc x¹ cã bíc sãng  λ 1  = 0,48µm vµo catot cña tÕ   : bµo quang ®iÖn, ®Ó dßng quang ®iÖn triÖt tiªu cÇn ®Æt vµo hiÖu ®iÖn  thÕ h∙m cã ®é lín Uh. Khi chiÕu vµo bøc x¹ cã bíc sãng λ 2 th× ®Ó dßng  quang ®iÖn triÖt tiªu cÇn ®Æt vµo hiÖu ®iÖn thÕ h∙m cã ®é lín lín  h¬n ®é lín cña Uh lµ 0,25V .Bíc sãng λ 2 b»ng:   A. 0,54µm B. 0,44µm C. 0,36 µm D.  0,32µm  Bµi lµm hc Khi chiÕu b»ng ¸nh s¸ng cã bíc sãng λ 1 ta cã: = A + eU h λ1 (1) Khi   chiÕu   b»ng   ¸nh   s¸ng   cã   bíc   sãng  λ 2  ta   cã: hc = A + e U h − 0,25 = A + e U h + e.0,25 (2). λ2 LÊy (2)­(1), ta ®îc: −1 hc hc hc hc 1 0,25e 1  0,25e 1  − = 0,25e ⇒ = 0,25e + ⇒ = + ⇒ λ2 =  λ 2 λ1 λ2 λ1 λ2 hc λ1  hc + λ    1  Thay sè vµo ta ®îc:  λ = 0,44 µm . Th.S Lª V¨n Thµnh­Email: levanthanh@pv­power.vn ­§T:04.33.52.86.81­0989.345.975  Trang117 

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản