Giáo án Vật lý 12 nâng cao - LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
1. Hiện tượng quang điện:
- Khi chiếu một chùm ánh sáng thích hợp (có bước sóng
ngắn) vào môt tấm kim loại thì nó làm cho các electron ở
bề mặt kim loại đó bật ra. Đó là hiện tượng quang điện.
Các electron bị bật ra gọi là các electron quang điện
(quang electron)
2. Các định luật quang điện:
a) Định luật quang điện thứ nhất:
Đối với mỗi kim loại dùng làm catốt có một bước sóng
giới hạn o nhất định, gọi là giới hạn quang điện. HTQĐ
chỉ xảy ra khi bước sóng của ánh sáng kích thích, nhỏ
hơn giới hạn quang điện (
o).
b) Định luật quang điện thứ hai:
Đối với ánh sáng thích hợp (
o) cường độ dòng quang
điện bão hoà tỷ lệ với cường độ của chùm sáng kích thích.
c) Định luật quang điện thứ ba:
Động năng ban động cực đại của các electron quang điện
không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích
mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích
và bản chất của kim loại dùng làm catốt.
3. Thuyết lượng tử:
a) Những hạn chế của thuyết sóng:
Khi ánh sáng chiếu vào K, điện trường biến thiên trong
sóng ánh sáng sẽ làm cho các electron trong kim loại dao
động. Cường độ của chùm sáng kích thích càng lớn, điện
trường càng mạnh và nó làm cho các electron dao động
mạnh đến độ bức ra khỏi kim loại dòng quang điện.
Do đó:
- HTQĐ xảy ra bất kỳ với ánh sáng nào, miễn là có cường
độ đủ lớn. Điều này mâu thuẫn với định luật QĐ 1.
- Wđomax phụ thuộc cường độ chùm sáng kích thích: điều
này mâu thuẫn với định luật QĐ 3.
- Mặt khác theo thuyết sóng, cường độ ánh sáng phải đủ
lớn mới có hiện tượng quang điện. Thực tế
o thì
cường độ ánh sáng kích thích nhỏ xảy ra HTQĐ.
b) Nội dung:
- Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ
hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà thành từng
phần riêng biệt, đứt quãng. Mỗi phần đó mang một năng
lượng hoàn toàn xác định. Gọi là lượng tử năng lượng.
Mỗi lượng tử có độ lớn = hf. (f: tần số ánh sáng; h: hằng
số plank).
- Một chùm sóng dù rất yếu cũng chứa một số rất lớn các
lượng tử ánh sáng (phôtôn) do đó ta có cảm giác chùm
sáng liên tục. Cường độ chùm sáng tỷ lệ với số phô tôn
- Các phôtôn chuyển động với vận tốc bằng vận tốc ánh
sáng. Khi truyền các phôtôn không thay đổi, không phụ
thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng.
4. Công thức Anhstanh về hiện tượng quang điện:
2
max
1
2
o
hc
hf A mv
Muốn cho dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn thì hiệu
điện thế thế giữa anốt và catốt phải đạt tới một giá trị âm
– Uh nào đó; Uh được gọi là hiệu điện thế hãm.
2
max
.
2
o
h
mU
eU
(e = 1,6.10-19C; m = 9,1.10-31kg: là điện tích và khối
lượng của electron)
* Hiệu suất của hiện tượng quang điện (hiệu suất lượng
tử)
* Cường độ dòng quang điện bão hoà: Ibh = n.e
Với n là số electron bật ra khỏi catốt (và đi đến anốt) mỗi
giây
5. Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen (tia X) phát ra từ
ống Rơnghen:
X min với min =
d
W
Với Wđ là động năng của các electron tới đạp vào đối catốt,
có giá trị: 2
.
2
d
mv
W eU
, trong đó U là hiệu điện thế giữa anốt
và catốt của ống Rơnghen.
số electron bật ra khỏi kim loại (catốt)
H = số phôtôn tới kim loại (catốt)
6. Mẫu nguyên tử Bohr:
a)Hai giả thuyết (tiên đề) Bohr:
* Tiên đề 1: (về các trạng thái dừng): Nguyên tử chỉ tồn
tại trong những trạng thái có năng lượng hoàn toàn xác
định gọi là trạng thái dừng. Trong các trạng thái dừng,
nguyên tử không bức xạ.
* Tiên đề II: (về bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên
tử).
+ Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng
Em sang trạng thái dừng có năng lượng En (với Em > En) thì
nguyên tử phát ra 1 phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu:
Em – En.
(fmn: tần số ánh sáng ứng với phôtôn đó).
+ Nếu nguyên đang ở trạng thái dừng có năng lượng En
thấp mà hấp thụ 1 phôtôn có năng lượng h.fmn đúng bằng
hiệu: Em – En thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng
lượng Em cao hån.
ε
mn m n
hf E E
Với fmn là tần số ánh sáng ứng với phôtôn đó.
h.fmn
Em
En
h.fmn