- PHẦN 2: BẢN CHẤT HẠT CỦA CÁC BỨC XẠ. - Bức xạ nhiệt. - Các định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối. - Hiệu ứng quang điện. - Hiện tượng quang điện. - Giải thích các định luật quang điện. - Dạng 1: Bức xạ nhiệt. - Dạng 3: Hiệu ứng quang điện. - Nhưng những hiện tượng quang học như hiện tượng phát xạ nhiệt, hiệu ứng quang điện. - Xuất phát từ nhận thức và suy nghĩ đó, và mong muốn góp phần làm phong phú hơn nữa các tài liệu quang học để các bạn sinh viên chuyên nghành Vật lí và mọi người quan tâm xem đây như một tài liệu tham khảo đó là lí do để chọn đề tài “Bản chất hạt của các bức xạ”. - Đề tài “Bản chất hạt của các bức xạ” nhằm chứng minh tính chất hạt của ánh sáng và giải thích bằng thuyết lượng tử của Plank và thuyết photon của Anhxtanh. - PHẦN 2: BẢN CHẤT HẠT CỦA CÁC BỨC XẠ CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÍ THUYẾT. - Bằng cách nào đó kích thích các nguyên tử, phân tử làm cho chúng từ trạng thái cơ bản chuyển sang trạng thái kích thích, thì khi chúng từ các trạng thái kích thích này trở về trạng thái cơ bản, năng lượng thu được sẽ trả lại môi trường, thường dưới dạng năng lượng sóng điện từ. - Có nhiều cách cung cấp năng lượng để kích thích các phân tử, nguyên tử. - Nếu cung cấp ở dưới dạng nhiệt thì bức xạ điện từ phát ra gọi là bức xạ nhiệt.. - Bức xạ nhiệt có một đặc tính là trong một số điều kiện đặc biệt nó có thể tồn tại cân bằng với vật. - Như thế có nghĩa là khi đó năng lượng bức xạ do vật phát ra đúng bằng năng lượng dưới dạng nhiệt mà vật thu vào bằng hấp thụ bức xạ. - Trong quá trình phát xạ, vật phát ra mọi bức xạ điện từ có tần số nhỏ đến lớn. - Năng lượng bức xạ phát ra từ dS trong một đơn vị thời gian mang đi bởi các bức xạ điện từ có tần số trong khoảng. - T được gọi là năng suất phát xạ đơn sắc ứng với tần số của vật.. - được gọi là năng suất phát xạ toàn phần hay độ trưng của vật phát xạ.. - Các vật này sẽ đồng thời phát xạ và hấp thu bức xạ nhiệt. - Khi trạng thái cân bằng được thiết lập thì hiển nhiên vật nào hấp thụ bức xạ mạnh cũng sẽ phát xạ mạnh. - Tỉ số giữa năng suất phát xạ đơn sắc và hệ số hấp thụ đơn sắc của cùng một vật ở nhiệt độ nhất định là một hàm chỉ phụ thuộc tần số bức xạ và nhiệt độ T mà không phụ thuộc vào bản chất của vật đó.. - T chính là năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối ứng với tần số bức xạ và nhiệt độ T.. - Xuất phát từ quan niệm của Vật lí cổ điển cho rằng các nguyên tử, phân tử phát xạ hoặc hấp thụ một cách liên tục và trên cơ sở lí thuyết bức xạ điện từ cổ điển, Raleigh và Jeans đã tìm được hàm số phổ biến, đó là hàm số xác định tỉ số giữa năng suất phát xạ đơn sắc và hệ số hấp thụ đơn sắc của cùng một vật ở mọi nhiệt độ nhất định như sau:. - là tần số bức xạ hay hấp thụ.. - Từ biểu thức trên ta có thể tính được năng suất bức xạ toàn phần của một vật đen tuyệt đối:. - Như vậy năng suất phát xạ của một vật đen tuyệt đối là vô cùng lớn, điều đó mâu thuẫn với thực tế. - Để giải quyết mâu thuẫn và bế tắc này, năm 1900 Plank đã nêu ra một thuyết mới thay thế cho quan niệm cổ điển , đó là thuyết lượng tử năng lượng mang tên ông.. - a) Các nguyên tử, phân tử phát xạ hay hấp thụ năng lượng của bức xạ điện từ một cách gián đoạn: phần năng lượng phát xạ hay hấp thụ luôn là bội số nguyên của một năng lượng nhỏ xác định gọi là lượng tử năng lượng.. - b) Đối với một bức xạ điện từ đơn sắc tần số. - bước sóng thì lượng tử năng lượng tương ứng bằng:. - Xuất phát từ công thức lượng tử năng lượng nói trên, Plank đã tìm được biểu thức của hàm phổ biến f. - T tức là năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối:. - a) Trước hết ta có thể tính năng suất phát xạ toàn phần của vật đen tuyệt đối.. - Định luật Stêfan – Bônxman: Năng suất phát xạ toàn phần của một vật đen tuyệt đối tỉ lệ với lũy thừa bốn của nhiệt độ tuyệt đối của vật ấy.. - T theo thì thấy đạo hàm này triệt tiêu tại một giá trị đặc biệt m của tần số nghĩa là một giá trị đặc biệt của m của bước sóng của bức xạ điện từ sao cho:. - Ứng với bước sóng m hàm f. - T có một giá trị cực đại nghĩa là với bức xạ m vật đen phát xạ mạnh nhất. - Đối với vật đen tuyệt đối, bước sóng m của chùm bức xạ đơn sắ mang nhiều năng lượng nhất tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối của vật.. - Thuyết lượng tử của Plank đã nêu lên quan điểm hiện đại về năng lượng đó là: năng lượng điên từ phát xạ hay hấp thụ năng lượng có những giá trị gián đoạn, chúng luôn luôn là bội số nguyên của lượng tử năng lượng. - Ta nói rằng năng lượng điện từ phát xạ hay hấp thụ bị lượng tử hóa. - Tuy nhiên thuyết lượng tử của Plank chưa nêu lên được bản chất gián đoạn của bức xạ điện từ.. - Năm 1905, Anxtanh dựa trên thuyết lượng tử năng lượng của Plank đã nêu lên thuyết lượng tử ánh sáng hay còn gọi là thuyết phôtôn.. - a) Bức xạ điện từ được cấu tạo bởi vô số các hạt gọi là lượng tử ánh sáng hay photon.. - b) Với mỗi bức xạ điện từ đơn sắc nhất định, các photon đều giống nhau và mang một năng lượng xác định bằng:. - d) Khi một vật phát xạ hay hấp thụ bức xạ điện từ thì có nghĩa là vật đó phát xạ hay hấp thụ photon.. - e) Cường độ của chum bức xạ tỉ lệ với số photon phát ra từ nguồn trong một đơn vị thời gian.. - Hiệu ứng quang điện 3.2.1. - Hiệu ứng quang điện là hiện tượng bắn ra các electron từ một tấm kim loại khi dọi vào tấm kim loại đó một bức xạ điện từ thích hợp.. - Dòng điện được sinh ra bởi hiện tượng này được gọi là dòng quang điện.. - được gọi là đặc trưng Vôn – Ampe của tế bào quang điện.. - b) Ngay khi U = 0, cường độ dòng quang điện I o 0 . - Như ta đã biết muốn thoát khỏi kim loại electron phải có một năng lượng ít nhất cũng phải bằng công thoát A của electron đối với kim loại đó. - Một electron hấp thụ một photon, do đó được truyền thêm một năng lượng. - Nếu năng lượng này bằng hoặc lớn hơn công thoát A thì electron sẽ bức ra. - h là giá trị cực tiểu của tần số của áng sáng gây ra hiệu ứng quang điện.. - Giá trị o chính là giới hạn quang điện. - b) Giải thích dòng quang điện bão hòa. - Năng lượng. - Đối với các electron nằm sâu bên trong kim loại, phần năng lượng do nó hấp thụ được từ photon còn bị tiêu hao một ít trong quá trình chuyển động từ bên trong ra bên ngoài mặt kim loại. - Theo định luật bảo toàn năng lượng đối với các electron ở mặt ngoài kim loại ta có:. - Đây là phương trình cơ bản của hiện tượng quang điện nó chứng tỏ rằng động năng cực đại của các quang electron phụ thuộc vào tần số ánh sáng dọi tới mà không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng dọi tới.. - Như vậy, thuyết lượng tử ánh sáng đã giải thích trọn vẹn tất cả các định luật về hiện tượng quang điện.. - Photon ứng với bức xạ điện từ đơn sắc tần số mang năng lượng. - Như vậy động lượng của photon tỉ lệ thuận với tần số hoặc tỉ lệ nghịch với bước sóng của bức xạ điện từ tương ứng.. - Hiệu ứng Compton là một trong những hiện tượng thể hiện rõ nét bản chất hạt của các bức xạ điện từ , nói riêng nó chứng minh sự tồn tại động lượng của các hạt photon.. - Độ tăng bước sóng. - Ta hãy tính lần lượt năng lượng và động lượng của photon X cũng như electron trước và sau va chạm.. - Năng lượng Động lượng. - Theo định luật bảo toàn năng lượng và động lượng ta có:. - CHƯƠNG II: CÁC DẠNG BÀI TẬP MINH HỌA Dạng 1: Bức xạ nhiệt. - b) Xác định bước sóng ứng với năng suất phát xạ cực đại của lò. - a) Năng suất phát xạ toàn phần của lò được xác định bởi định luật phát xạ đối với vật không đen:. - Vì R là năng lượng do một đơn vị diện tích của cửa sổ quan sát phát ra trong một đơn vị thời gian, nên R liên hệ với công suất phát xạ bằng biểu thức sau:. - b) Ta có thể coi lò luyện kim gần giống với vật đen tuyệt đối, do đó bước sóng ứng với năng suất phát xạ cực đại của lò được xác định theo định luật Vin.. - ra đều ở dạng bức xạ. - Tỉ số giữa các năng suất phát xạ toàn phần của dây tóc vônfram và vật đen tuyệt đối là 0,31.. - Vì sợi tóc vônfram không phải là vật đen tuyệt đối nên năng suất phát xạ toàn phần của nó được tính theo công thức:. - Hỏi công suất bức xạ của sợi dây tóc biến đổi bao nhiêu lần?. - Công suất bức xạ được tính theo công thức:. - Năng lượng của photon cho bởi:. - Bài 2: Trong phân rã phóng xạ, một hạt nhân phát tia gamma gồm các photon có năng lượng là 1,25MeV. - Giữa năng lượng E của photon và bước sóng tương ứng có mối liên hệ:. - Bài 3: Giả sử rằng một đèn hơi natri có công suất 100W bức xạ năng lượng đều theo mọi phương dưới dạng các photon ứng với các bước sóng 589nm.. - a) Năng lượng của một photon hc E. - Bài 1: Giới hạn đỏ trong hiện tượng quang điện đối với xêzi là 0,653 m . - a) Tính công thoát của electron đối với kim loại đó và động năng ban đầu cực đại của quang electron khi bức ra khỏi catôt nếu bức xạ tử ngoại chiếu vào nó có bước sóng. - Bài 3: Chùm photon của bức xạ đơn sắc. - Theo các định luật bảo toàn năng lượng và động lượng ta có:. - Bài 2: Photon có năng lượng 0,8MeV bay đến va chạm với một electron đứng yên và bị tán xạ.. - a) Xác định năng lượng của photon tán xạ theo góc 120 o . - a) Năng lượng của photon tán xạ bằng:. - b) Động năng của electron “giật lùi” về trị số bằng độ giảm năng lượng của photon sau khi tán xạ:. - Động năng của electron tán xạ đạt giá trị cực đại W m ax khi photon tán xạ có năng lượng cực tiểu E min ứng với góc tán xạ. - Bài 3: Tính bước sóng của một photon biết rằng trong hiện tượng tán xạ Compton, năng lượng và photon tán xạ và động năng electron bay ra bằng nhau khi góc giữa hai phương chuyển động của chúng là 90 o. - Động năng truyền cho electron bằng độ giảm năng lượng của photon:. - Theo đề bài, phần động năng đó về trị số bằng năng lượng của photon tán. - Đề tài đưa ra khá đầy đủ về hệ thống lí thuyết và bài tập về các phần liên quan đến bản chất sóng của ánh sáng (các hiện tượng như bức xạ nhiệt, hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton