I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI :
- Hiện tượng quang điện ngoài ( hiện tượng quang điện) là hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại.
* Định luật quang điện :
+ Định luật về giới hạn quang điện : Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng $\lambda$ nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng $\lambda_{0}$ , $\lambda_{0}$ được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó
+ Định luật về cường độ dòng điện bão hòa : đối với mỗi ánh sáng thích hợp ( có $\lambda \leq \lambda_{0}$ ) cường độ dòng điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích.
+ Định luật về động năng cực đại của quang electron : Động năng ban đầu cực đại của quang elecltron không phụ thuộc cường độ chùm sáng kích thích,mà chỉ phụ thuộc bước sóng (hay tần số) ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại,
Một số công thức :
$\epsilon =A+W_{đ_{omax}}$
$hf=A+\frac{mv_{omax}^{2}}{2}$
Với A là công thoát của electron khỏi kim loại
vomax và $W_{đomax}$ lần lượt là vận tốc ban đầu cực đại và động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện.
II. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG :
* Giả thuyết lượng tử năng lượng của Planck :
- Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định,gọi là lượng tử năng lượng
- Lượng tử năng lượng,kí hiệu là $\epsilon$ có giá trị bằng : $\epsilon=hf$
* Thuyết lượng tử ánh sáng của Anh-xtanh ( thuyết photon) :
- Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là photon.
- Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f,các photon đều giống nhau,mỗi photon mang năng lượng bằng : $\epsilon=hf=\frac{hc}{\lambda}$
- Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số photon phát ra trong 1 giây.
- Trong chân không,photon bay với tốc độ c=3.108 m/s dọc theo các tia sáng.
- Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một photon.
* Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng :
- Các hiện tượng giao thoa,nhiễu xạ,... chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.
- Hiện tượng quang điện,... chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt.
- Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt.
VÍ DỤ
Ví dụ 1 : Một chùm ánh sáng đơn sắc tác dụng lên bề mặt một kim loại và làm bứt các electron ra khỏi kim loại này.Nếu tăng cường độ chùm sáng đó lên hai lần thì :
A. động năng ban đầu cực đại của electron quang điện tăng bốn lần.
B. công thoát của electron giảm hai lần.
C. động năng ban đầu cực đại của electron quang điện tăng hai lần.
D. số lượng electron thoát ra khỏi bề mặt kim loại đó trong mỗi giây tăng hai lần.
Giải
Theo thuyết lượng tử ánh sáng : Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số photon phát ra trong 1 giây => Nếu tăng cường độ chùm sáng đó lên hai lần thì số photon phát ra trong 1 giây tăng hai lần suy ra số lượng electron thoát khỏi bề mặt kim loại đó trong mỗi giây tăng hai lần.
Chọn đáp án D.
Ví dụ 2 : Thuyết lượng tử ánh sáng không được dùng để giải thích :
A. hiện tượng quang điện.
B. hiện tượng quang-phát quang.
C. hiện tượng giao thoa ánh sáng.
D. nguyên tắc hoạt động của pin quang điện.
Giải
Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt là photon.Các hiện tượng quang điện,hiện tượng quang-phát quang,nguyên tắc hoạt động của pin quang điện đều chứng tỏ tính chất hạt của ánh sáng nên có thể được giải thích bằng thuyết lượng tử.Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ tính chất sóng của ánh sáng nên không thể dùng thuyết luuongjw tử ánh sáng để giải thích hiện tượng này.
Chọn đáp án C.
Ví dụ 3 : Năng lượng $\epsilon =hf$ mà electron nằm ngay trên bề mặt kim loại nhận từ photon được :
A. cung cấp cho electron một công thoát và truyền cho electron đó một động năng ban đầu.
B. cung cấp hoàn toàn cho electron một công thoát.
C. truyền hoàn toàn cho electron đó một động năng ban đầu.
D. cung cấp cho electron một công thoát,truyền cho electron đó một động năng ban đầu và truyền một phần năng lượng cho mạng tinh thể kim loại.
Giải
Theo thuyết lượng tử ánh sáng của Anh-xtanh : năng lượng $\epsilon =hf$ mà electron nằm ngay trên bề mặt kim loại nhận từ photon được cung cấp cho electron một công thoát (năng lượng để electron thắng được lực liên kết với mạng tinh thể kim loại) và truyền cho electron đó một động năng ban đầu.
Chọn đáp án A.
Ví dụ 4 : Khi chiếu sáng kim loại bằng ánh sáng màu lục thì xảy ra hiện tượng quang điện.Để chắc chắn lại quan sát được hiện tượng quang điện thì cần chiếu sáng kim loại này bằng ánh sáng :
A. màu chàm.
B. màu vàng.
C. màu đỏ.
D. màu vàng hoặc màu đỏ.
Giải
Theo định luật quang điện thứ nhất : Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng $\lambda$ nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng $\lambda_{0}$ , $\lambda_{0}$ được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó
Do đó khi chiếu sáng kim loại bằng ánh sáng màu lục thì xảy ra hiện tượng quang điện thì để chắc chắn quan sát được hiện tượng quang điện thì cần chiếu sáng kim loại này bằng ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng màu lục,tức là cần dùng ánh sáng màu chàm.
Chọn đáp án A.
Ví dụ 5 : Gọi $\epsilon _{Đ}$ là năng lượng của photon ánh sáng đỏ; $\epsilon _{L}$ là năng lượng của photon ánh sáng lục; $\epsilon _{V}$ là năng lượng của photon ánh sáng vàng.Sắp xếp nào sau đây đúng
A. $\epsilon _{Đ}>\epsilon _{V}>\epsilon _{L}$
B. $\epsilon _{L}>\epsilon _{Đ}>\epsilon _{V}$
C. $\epsilon _{V}>\epsilon _{L}>\epsilon _{Đ}$
D. $\epsilon _{L}>\epsilon _{V}>\epsilon _{Đ}$
Giải
Năng lượng của photon : $\epsilon =\frac{hc}{f}$
Vì $\lambda _{lục}<\lambda_{vàng}<\lambda_{đỏ}=>$ $\epsilon _{L}>\epsilon _{V}>\epsilon _{Đ}$
Chọn đáp án D.
BÀI TẬP
Bài 1 : Giới hạn quang điện của kim loại phụ thuộc vào :
A. bản chất của kim loại.
B. năng lượng của photon chiếu tới kim loại.
C. bước sóng của ánh sáng chiếu vào kim loại.
D. động năng ban đầu cực đại của quang electron khi bật ra khỏi kim loại.
Giải
Giới hạn quang điện của kim loại $\lambda _{0}=\frac{hc}{A}$ chỉ phụ thuộc vào công thoát A ,à A chỉ phụ thuộc vào bản chất của kim loại nên giới hạn quang điện của kim loại chỉ phụ thuộc vào bản chất của kim loại.
Chọn đáp án A.
Bài 2 : Hiện tượng nào dưới đây là hiện tượng quang điện :
A. Electron bứt ra khỏi kim loại khi bị nung nóng.
B. Electron bật ra khỏi kim loại khi có ion đập vào kim loại đó.
C. Electron bị bật ra khỏi một nguyên tử khi nguyên tử này va chạm với nguyên tử khác.
D. Electron bị bật ra khỏi mặt kim loại khi bị chiếu sáng với bước sóng ánh sáng thích hợp.
Giải
Chọn đáp án D.
Bài 3 : Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện :
A. không phụ thuộc bước sóng ánh sáng kích thích.
B. phụ thuộc cường độ ánh sáng kích thích.
C. phụ thuộc bản chất kim loại làm catot
D. không phụ thuộc bản chất kim loại làm catot.
Giải
Chọn đáp án C.
Bài 4 : Trong chân không,một ánh sáng có bước sóng là 0,60 $\mu m$ .Năng lượng của photon ánh sáng này bằng :
A. 4,07 eV.
B. 5,14 eV.
C. 3,34 eV.
D. 2,07 eV.
Giải
Năng lượng của photon :
$\epsilon =\frac{hc}{f}=\frac{6,625.10^{-34}.3.10^{8}}{0,6.10^{-6}}\approx 3,3.10^{-19}J\approx 2,07 eV$
Chọn đáp án D.
Bài 5 : Công thoát của electron khỏi một kim loại là 6,625.10-19 J.Biết h=6,625.10-34 J.s,c=3.108 m/s.Giới hạn quang điện của kim loại này là :
A. 300 nm.
B. 350 nm.
C. 360 nm.
D. 260 nm.
Giải
Giới hạn quang điện :
$\lambda _{0}=\frac{hc}{A}=\frac{6,625.10^{-34}.3.10^{8}}{6,625.10^{-19}}=3.10^{-7}m=300nm$
Chọn đáp án A.
Bài 6 : Ánh sáng nhìn thấy có thể gây ra hiện tượng quang điện ngoài với :
A. kim loại bạc.
B. kim loại kẽm.
C. kim loại xesi.
D. kim loại đồng.
Giải
Chọn đáp án C.
Bài 7 : Theo thuyết lượng tử ánh sáng,phát biểu nào sau đây sai?
A. Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là photon.
B. Trong chân không,photon bay được với tốc độ c=3.108 m/s dọc theo các tia sáng.
C. Photon chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động.
D. Photon của mọi ánh sáng đơn sắc đều mang năng lượng như nhau.
Giải
Năng lượng của photon ánh sáng có tần số khác nhau thì khác nhau và phụ thuộc tần số của ánh sáng.
Chọn đáp án D.
Bài 8 : Theo thuyết lượng tử ánh sáng của Anh-xtanh,photon ứng với mỗi ánh sáng đơn sắc có năng lượng càng nhỏ nếu ánh sáng đơn sắc đó có :
A. tần số càng nhỏ.
B. tốc độ truyền càng nhỏ.
C. bước sóng càng nhỏ.
D. chu kì càng nhỏ.
Giải
Chọn đáp án A.
Bài 9 : Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng $\lambda$ vào một bề mặt tấm đồng có giới hạn quang điện 0,30 $\mu m$ .Hiện tượng quang điện không xảy ra nếu $\lambda$ bằng :
A. 0,26 $\mu m$ .
B. 0,18 $\mu m$ .
C. 0,22 $\mu m$ .
D. 0,32 $\mu m$ .
Giải
Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng $\lambda$ nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng $\lambda_{0}$ , $\lambda_{0}$ được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó
Chọn đáp án D.
Bài 10 : Khi nói về thuyết lượng tử ánh sáng,phát biểu nào sau đây là đúng?
A. ánh sáng được tạo bởi các hạt gọi là photon.
B. năng lượng photon càng lớn khi cường độ chùm sáng càng lớn.
C. photon có thể chuyển động hay đứng yên tùy thuộc và nguồn sáng chuyển động hay đứng yên.
D. năng lượng của photon càng nhỏ khi tần số của ánh sáng ứng với photon đó càng lớn.
Giải
Chọn đáp án A.
