Lượng Tử Ánh Sáng

Lượng Tử Ánh Sáng

Loga.vn

- Hiểu lượng tử ánh sáng.

- Vận dụng vào bài tập.

A. Lý thuyết

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 l_o nhất định, gọi là giới hạn quang điện. HTQĐ chỉ xảy ra khi bước sóng l của ánh sáng kích thích, nhỏ hơn giới hạn quang điện (l \[\le \] l_o).

b) Định luật quang điện thứ hai:

Đối với ánh sáng thích hợp (l \[\le \] l_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.

- W_đomax 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 l \[\le \] l_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 e = 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:

\[hf=\frac{hc}{\lambda }=A+\frac{1}{2}mv_{o\max }^{2}\]

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 – U_h nào đó; U_h được gọi là hiệu điện thế hãm.

\[e.{{U}_{h}}=\frac{mv_{o\max }^{2}}{2}\]

(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: I_bh = n.e

Với n là số electron bật ra khỏi catốt (và đi đến anốt) mỗi giây

B. Bài tập vận dụng

Câu 1. Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là …

A. bước sóng của ánh sáng kích thích.

B. bước sóng riêng của kim loại đó.

C. bước sóng giới hạn của ánh sáng kích thích đối với kim loại đó.

D. công thoát của electron ở bề mặt kim loại đó.

Câu 2. Chọn phát biểu sai.

A. Đối với mỗi kim loại dùng làm catốt, ánh sáng kích thích phải có bước sóng nhỏ hơn trị số l_o nào đó, thì mới gây ra hiện tượng quang điện.

B. Dòng quang điện triệt tiêu khi hiệu điện thế giữa anốt và catốt bằng không.

C. Khi hiện tượng quang điện xảy ra, cường độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ với cường độ của chùm sáng kích thích.

D. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt bằng không vẫn tồn tại dòng quang điện.

Câu 3. Chọn câu đúng.

Các electron quang điện bị bứt ra khỏi bề mặt kim loại khi ánh sáng kích thích chiếu vào bề mặt kim loại có …

A. cường độ sáng rất lớn.

B. bước sóng nhỏ hơn hay bằng một giới hạn xác định.

C. bước sóng lớn.

D. bước sóng nhỏ.

Câu 4. Vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện phụ thuộc vào

A. Giao thoa ánh sáng là sự tổng hợp của hai chùm sáng chiếu vào cùng một chỗ.

B. Giao thoa của hai chùm sáng từ hai bóng đèn chỉ xảy ra khi chúng cùng đi qua kính lọc sắc.

C. Giao thoa ánh sáng chỉ xảy ra đối với các ánh sáng đơn sắc.

D. Giao thoa ánh sáng chỉ xảy ra khi hai chùm sóng ánh sáng kết hợp đan xen vào nhau.

Câu 5. Chọn phát biểu đúng.

Giới hạn quang điện của mỗi kim loại dùng làm catốt tuỳ thuộc …

A. hiệu điện thế giữa anốt và catốt của tế bào quang điện.

B. bước sóng của ánh sáng chiếu vào catốt.

C. bản chất của kim loại đó.

D. điện trường giữa anốt và catốt.

Câu 6. Chọn phát biểu sai.

A. Bên trong bóng thuỷ tinh của tế bào quang điện là chân không.

B. Dòng quang điện có chiều từ anốt sang catốt.

C. Catốt của tế bào quang điện tường được phủ bằng một lớp kẽm hoặc kim loại kiềm

D. Trong tế bào quang điện, điện trường hướng từ catốt đến anốt.

Câu 7. Một tấm kẽm tích điện âm nếu chiếu vào một chùm tia hồng ngoại sẽ có hiện tượng gì xảy ra ?

A. Tấm kẽm mất điện tích âm.

B. Tấm kẽm mất bớt electron.

C. Tấm kẽm mất bớt điện tích dương.

D. Không có hiện tượng gì xảy ra.

Câu 8. Tìm phát biểu đúng về thí nghiệm Hertz:

A. Chiếu ánh sáng thích hợp có bước sóng đủ lớn vào bề mặt của tấm kim loại thì làm cho các electron ở bề mặt kim loại đó bật ra.

B. Khi chiếu ánh sáng thích hợp vào tấm kẽm tích điện dương, thì hai lá điện nghiệm vẫn cụp lại.

C. Hiện tượng trong thí nghiệm Hertz gọi là hiện tượng bức xạ nhiệt electron.

D. Thí nghiệm của Hertz chỉ có thể giải thích bằng thuyết lượng tử ánh sáng.

Câu 9. Chọn câu đúng

Công thức liên hệ giữa giới hạn quang điện l_o, công thoát A, hằng số plăng h và vận tốc ánh sáng c là:

A. ${{\lambda }_{o}}=\frac{hA}{c}$ B. l_o.A = h.c C. ${{\lambda }_{o}}=\frac{A}{hc}$ D. ${{\lambda }_{o}}=\frac{c}{hA}$

Câu 10. Công thức đúng về mối liên hệ giữa độ lớn hiệu điện thế hãm (U_h), độ lớn điện tích electron (e), khối lượng electron là (m) và vận tốc ban đầu cực đại của electron (v_omax):

A. $2e.{{U}_{h}}=m.v_{0m\text{ax}}^{\text{2}}$ B. $m.{{U}_{h}}=2e.v_{0m\text{ax}}^{\text{2}}$ C. $m.{{U}_{h}}=e.v_{0m\text{ax}}^{\text{2}}$ D. $e.{{U}_{h}}=m.v_{0m\text{ax}}^{\text{2}}$

C. Bài tập tự luyện

Câu 1. Catốt của tế bào quang điện làm bằng Cs có l =0,6mm. Cho khối lượng electron là

m = 9,1.10^-31kg, điện tích electron e = 1,6.10^-19C; hằng số plăng h = 6,625.10^-34Js, vận tốc của ánh sáng trong chân không c = 3.10⁸m/s. Chiếu vào ca tốt bức xạ có bước sóng

l = 0,33mm. Để triệt tiêu dòng quang điện U_AK phải thoả mãn :

A. U_AK £ -1,88V B. U_AK £ - 2,04 V C. U_AK £ - 1,16 V D. U_AK £ - 2,35 V

Câu 2. Trong các nguồn sáng sau đây, nguồn nào cho quang phổ vạch phát xạ ?

A. Thỏi thép cácbon nóng sáng trong lò nung.

B. Mặt trời.

C. Dây tóc của bóng đèn làm vonfram nóng sáng.

D. Bóng đèn nêon trong bút thử điện.

Câu 3. Trong các nguồn sáng sau đây, nguồn nào cho quang phổ vạch hấp thụ ?

A. Mặt trời.

B. Ngọn lửa đèn cồn có vài hạt muối rắc vào bấc.

C. Đèn ống huỳnh quang

D. Hợp kim đồng nóng sáng trong lò luyện kim.

Câu 4. Một đèn Na chiếu sáng có công suất phát xạ P = 100W. Bước sóng của ánh sáng vàng do đèn phát ra là 0,589mm. Hỏi trong 30s, đèn phát ra bao nhiêu phôtôn ? Cho hằng số plăng h = 6,625.10^-34Js, vận tốc của ánh sáng trong chân không c = 3.10⁸m/s.

A. 6.10²⁴ B. 9.10¹⁸ C. 9.10²⁴D. 12.10²²

Câu 5. Cường độ dòng quang điện bão hoà trong mạch là 0,32mA. Tính số e- tách ra khỏi catốt của tế bào quang điện trong thời gian t = 20s, biết rằng chỉ có 80% electron tách ra được chuyển về anốt. Cho e = 1,6.10^-19C.

A. 5.10¹⁶ B. 3.10¹⁸ C. 2,5.10¹⁶ D. 3.10²⁰

Câu 6. Mẫu nguyên tử Bohr có thể áp dụng cho ...

A. nguyên tử hiđrô.

B. hêli.

C. các ion.

D. hiđrô và các ion tương tự hiđrô.

Câu 7. Phát biểu nào sau đây sai.

A. Giả thiết sóng ánh sáng không giải thích được các dịnh luật quang điện.

B. Ánh sáng có bản chất là sóng điện từ.

C. Ánh sáng có tính chất hạt, mỗi hạt được gọi là một phôtôn.

D. Vì ánh sáng có tính chất hạt nên gây ra được hiện tượng quang điện đối với mọi kim loại.

Câu 8. Chọn phát biểu đúng.

Trong phản ứng hạt nhân, prôtôn ...

A. có thể biến thành nơtrôn và ngược lại

B. có thể biến thành nuclôn và ngược lại

C. được bảo toàn.

D. có thể biến thành các hạt nhân khác.

Câu 9. Chọn phát biểu đúng.

Dãy Lyman trong quang phổ vạch của hiđrô ứng với sự dịch chuyển của các electron từ các quỹ đạo dừng có năng lượng cao về quỹ đạo :

A. K B. L C. M D. N

Câu 10. Chiếu tia tử ngoại có bước sóng 0,25mm vào catốt của tế bào quang điện phủ Na có giới hạn quang điện 0,5mm. Tìm động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện. Cho hằng số plăng h = 6,625.10^-34J.s, vận tốc của ánh sáng trong chân không c = 3.10⁸m/s.

A. 2,75.10^-19J B. 3,97.10^-19J C. 4,15.10^-19J D. 3,18.10^-19J

Hướng dẫn giải:

Câu 1. A.

Ta có : \[\frac{hc}{\lambda }=\frac{hc}{{{\lambda }_{o}}}+e.U\Rightarrow U=\frac{hc}{e}\left( \frac{1}{\lambda }-\frac{1}{{{\lambda }_{o}}} \right)=\frac{19,{{875.10}^{-26}}}{1,{{6.10}^{-19}}}\left( \frac{1}{0,33}-\frac{1}{0,66} \right){{.10}^{6}}=1,88V\]

Vậy phải đặt giữa anốt và catốt một hiệu điện thế âm : U_h = U_AK£ - 1,88V.

Câu 4. C

Hướng dẫn: Ta có P. t = n.e ® $n=\frac{P.t}{\varepsilon }=\frac{P.t.\lambda }{hc}={{9.10}^{24}}$phôtôn.

Câu 5. A.

Hướng dẫn: Điện lượng qua mạch : q = I.t = 0,32.10^-3.20 = 6,4.10^-3C.

Số electron chạy trong mạch : $n=\frac{q}{e}={{4.10}^{16}}$

Số electron tách ra khỏi catốt : $n'=\frac{10}{8}n={{5.10}^{16}}$hạt.

Chúc các bạn học tốt! Ng.M.N