- CHƯƠNG VII: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Tương lai không phải thuộc về những người thông minh nhất mà thuộc về những người cần cù và siêng năng nhất!. - TÓM TẮT LÍ THUYẾT CHƯƠNG LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG. - Năng lượng một lượng tử ánh sáng (hạt phôtôn) a. - Lượng tử năng lượng Lượng tử năng lượng là phần năng lượng xác định mà mỗi lần nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay bức xạ ra. - Năng lượng một lượng tử ánh photon (hạt phôtôn). - c = 3.108m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.. - là tần số, bước sóng của ánh sáng (của bức xạ). - m là khối lượng của photon Chú ý : Khi ánh sáng truyền đi các lượng tử ánh sáng không bị thay đổi, không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng. - Tế bào quang điện Gồm : Một hình cầu bằng thạch anh bên trong là chân không, có hai điện cực anốt (A) và canốt (K). - Thuyết lượng tử ánh sáng + Ánh sáng được tạo thành từ các hạt gọi là photon. - Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các photon đều giống nhau, mỗi photon đều mang một năng lượng bằng hf. - Mỗi lần 1 nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng thi chúng cũng phát ra hay hấp thụ một photon. - Hiện tượng quang điện · Hiện tượng quang điện ngoài. - Hiện tượng quang điện trong. - Hiện tượng quang điện ngoài : là hiện tương ánh sáng làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại. - Hiện tượng quang điện trong : là hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết thành các electron dẫn và các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện. - Định luật 1 về giới hạn quang điện : Đối với mỗi kim loại, ánh sáng phải có bước sóng. - của kim loại đó, mới gây ra hiện tượng quang điện. - Định luật 2 quang điện : Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận cường độ chùm sáng kích thích. - Định luật 3 quang điện : Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện chỉ phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại, không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích:. - Các hiện tượng quang điện và các định luật quang điện chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt. - Ứng dụng của các hiện tượng quang điện trong các tế bào quang điện, trong các dụng cụ dùng để biến đổi các tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, trong các quang trở điện, pin quang điện. - Giải thích các định luật quang điện bằng thuyết lượng tứ ánh sáng a. - Giải thích định luật thứ nhất: Để có hiện tượng quang điện thì năng lượng của phôtôn phải lớn hơn hoặc bằng công thoát: hf. - chính là giới hạn quang điện của kim loại. - Giải thích định luật II : Với cường độ chùm sáng kích thích càng lớn thì trong một đơn vị thời gian số photon đến đập vào catốt càng nhiều, số electron quang điện bật ra càng nhiều, làm cho dòng quang điện bão hòa càng lớn.. - A, do đó động năng ban đầu cực đại của các quang electron chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và công thoát electron khỏi bề mặt kim loại mà không phụ thuộc vào cường độ của chùm ánh sáng kích thích. - (0 là giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt. - là vận tốc ban đầu của electron quang điện khi thoát khỏi catốt. - là tần số, bước sóng của ánh sáng kích thích Với. - U là hiệu điện thế giữa anốt và catốt. - v là vận tốc electron khi đập vào đối catốt. - m kg là khối lượng electron + Định luật bảo toàn năng lượng. - (Động năng của electron biến thành năng lượng của tia X và làm nóng đối catôt. - Năng lượng electron trong nguyên tử hiđrô:. - *Sơ đồ mức năng lượng - Dãy Laiman: Nằm trong vùng tử ngoại Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo K Lưu ý: Vạch dài nhất (LK khi e chuyển từ L ( K. - Dãy Banme: Một phần nằm trong vùng tử ngoại, một phần nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo L Vùng ánh sáng nhìn thấy có 4 vạch: Vạch đỏ H( ứng với e: M ( L Vạch lam H( ứng với e: N ( L Vạch chàm H( ứng với e: O ( L Vạch tím H( ứng với e: P ( L Lưu ý: Vạch dài nhất (ML (Vạch đỏ H(. - Hiện tượng quang – Phát quang. - Sự phát quang + Có một số chất khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó, thì có khả năng phát ra các bức xạ điện từ trong miền ánh sáng nhìn thấy. - Huỳnh quang và lân quang + Sự huỳnh quang là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10-8 s), nghĩa là ánh sáng phát quang hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích. - Ánh sáng phát quang có bước sóng. - dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích. - Hấp thụ và phản xạ lọc lựa ánh sáng – Màu sắc các vật. - Hấp thụ ánh sáng + Hấp thụ ánh sáng là hiện tượng môi trường vật chất làm giảm cường độ của chùm sáng truyền qua nó. - Định luật về sự hấp thụ ánh sáng: Cường độ I của chùm sáng đơn sắc khi truyền qua môi trường hấp thụ, giảm theo định luật hàm mũ của độ dài d của đường đi tia sáng: I = I0e-(d. - với I0 là cường độ của chùm ánh sáng tới. - Hấp thụ lọc lựa: Sự hấp thụ ánh sáng của một môi trường có tính chọn lọc, hệ số hấp thụ của môi trường phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.. - Những vật không hấp thụ ánh sáng trong miền nhì tấy của quang phổ được gọi là vật trong suốt không màu. - Những vật hấp thụ hoàn toàn mọi ánh sáng nhìn thấy thì có màu đen.. - Những vật hấp thụ lọc lựa ánh sáng trong miền nhìn thấy thì được gọi là vật trong suốt có màu. - Phản xạ (hoặc tán xạ) lọc lựa – Màu sắc các vật + Ở một số vật, khả năng phản xạ (hoặc tán xạ) ánh sáng mạnh yếu khác nhau phụ thuộc và bước sóng ánh sáng tới. - Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào vật, vật hấp thụ một số ánh sáng đơn sắc và phản xạ, tán xạ hoặc cho truyền qua các ánh sáng đơn sắc khác. - Màu sắc các vật còn phụ thuộc vào màu sắc của ánh sáng rọi vào nó: Một vật có màu đỏ khi nó được chiếu bằng ánh sáng trắng nhưng khi chỉ chiếu vào nó ánh sáng màu lam hoặc màu tím thì nó hấp thụ hoàn toàn chùm ánh sáng đó và nó trở thành có màu đen.. - Một số dạng bài tập cơ bản về hiện tượng quang điện. - Dạng 1: Đại cương *Năng lượng một lượng tử ánh sáng (hạt phôtôn). - c = 3.108m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không. - là tần số, bước sóng của ánh sáng (của bức xạ).. - là công thoát của kim loại dùng làm catốt (0 là giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt. - v0Max là vận tốc ban đầu của electron quang điện khi thoát khỏi catốt. - là tần số, bước sóng của ánh sáng kích thích *Hiệu điện thế hãm:Uh *Tìm bước sóng ánh sáng kích thích: Từ:. - Hoặc: Dạng 2:Cho công suất của nguồn bức xạ là P.Tính số Photon đập vào Katot sau khoảng thời gian t *Công suất của nguồn bức xạ: *Năng lượng của chùm photon rọi vào Katot sau khoảng thời gian t:W = P.t. - *Năng lượng của một photon: *Năng lượng của np photon: *Số photon đập vào Katot:. - nếu t=1s Dạng 3: Cho cường độ dòng quang điện bão hào: Ibh. - Tính số e quang điện bật ra khỏi Katot sau khoảng thời gian t. - Cường độ dòng quang điện bão hoà: Với ne là số electron bật ra khỏi catốt (và đi đến anốt) mỗi giây. - nếu t=1s Lưu ý: Gọi ne’ là số e quang điện bật ra ở Katot. - Nếu đề không cho rõ % e quang điện bật ra về được Anot thì lúc đó ta cho ne. - Dạng 4: Tính hiệu suất lượng tử của tế bào quang điện. - PP: Hiệu suất lượng tử của tế bào quang điện là đại lượng được tính bằng tỉ số giữa số e quang điện bật ra khỏi Katot với số photon đập vào Katot.. - Hiệu suất của hiện tượng quang điện (hiệu suất lượng tử). - Với ne và np là số electron quang điện bứt khỏi catốt và số phôtôn đập vào catốt trong cùng một khoảng thời gian t. - Dạng 5: Tính giới hạn quang điện và vận tốc cực đại ban đầu của e quang điện khi bật ra khỏi Katot PP: Giới hạn quang điện: Với A công thoát (J hoặc eV) (1eV = J). - Với Uh hiệu điện thế hãm:. - Dạng 6: Tính hiệu điện thế hãm giữa 2 cực của AK để triệt tiêu dòng quang điện. - *Để dòng quang điện triệt tiêu thì UAK ( Uh (Uh <. - 0), Uh gọi là hiệu điện thế hãm. - +Nếu có 2 bức xạ cùng gây ra hiện tượng quang điện thì điện thế cực đại của vật dẫn cô lập về điện là do bức xạ có bước sóng nhỏ gây ra Dạng 7: Cho. - có vận tốc ban đầu. - .Hãy tính vận tốc. - Dạng 9: Chiếu ánh sáng kích thích có bước sóng thích hợp vào bề mặt tấm KL (hay quả cầu) được cô lập về điện. - PP: Khi chiếu ánh sáng kích thích vao bề mặt KL thì e quang điện bị bật ra, tấm KL mất điện tử. - nên e quang điện vẫn bị bứt ra. - của e quang điện nên e không còn bật ra. - Lưu ý: Hiện tượng quang điện xảy ra khi được chiếu đồng thời nhiều bức xạ thì khi tính các đại lượng: Vận tốc ban đầu cực đại v0Max, hiệu điện thế hãm Uh, điện thế cực đại VMax. - Với Chú ý:Các electron quang điện bật ra khỏi bề mặt kim loại dưới tác động của các phôtôn có vận tốc đầu. - Dạng 11: Tia Rơnghen (tia X) *Khi electron đập vào đối âm cực thì phần lớn năng lượng của nó biến thành nhiệt làm nóng đối âm cực,phần còn lại tạo ra năng lượng của tia X.Để tìm nhiệt lượng tỏa ra tại đối âm cực thì ta áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ,ta có:. - *Nếu electron đập vào đối âm cực nhưng không tham gia vào làm nóng đối âm cực nghĩa là toàn bộ động năng của nó biến thành năng lượng tia X. - UAK là hiệu điện thế giữa anốt và catốt. - 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. - 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. - Ở trạng thái bình thường (trạng thái cơ bản) nguyên tử H có năng lượng thấp nhất, electron chuyển động trên quĩ đạo K. - Sơ đồ mức năng lượng - Dãy Laiman: Nằm trong vùng tử ngoại.Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo K Lưu ý: Vạch dài nhất (LK khi e chuyển từ L ( K. - Dãy Banme: Một phần nằm trong vùng tử ngoại, một phần nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy. - Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo L Vùng ánh sáng nhìn thấy có 4 vạch: Vạch đỏ H( ứng với e: M ( L Vạch lam H( ứng với e: N ( L Vạch chàm H( ứng với e: O ( L Vạch tím H( ứng với e: P ( L Lưu ý: Vạch dài nhất (ML (Vạch đỏ H(. - ,hiệu điện thế hãm là. - Kim loại