Chuyên đề Vật lí 12 Bài 8 (Chân trời sáng tạo): Lưỡng tính sóng hạt

Giải Chuyên đề Vật lí 12 Bài 8: Lưỡng tính sóng hạt

1. Giả thuyết De Broglie

Hình thành kiến thức mới 1 trang 50 Chuyên đề Vật Lí 12: So sánh bước sóng de Broglie của một electron có khối lượng m_e và của một proton có khối lượng bằng khoảng 1 836m_e chuyển động với cùng tốc độ.

Lời giải:

Ta có: $\lambda =\frac{h}{mv}$ mà $m_p=1836m_e;v_p=v_e$ nên bước sóng của electron lớn hơn bước sóng của proton 1836 lần.

Luyện tập trang 51 Chuyên đề Vật Lí 12: So sánh bước sóng de Broglie của một electron có khối lượng 9,1.10^-31 kg và của một proton có khối lượng 1,7.10^-27 kg đang chuyển động với tốc độ lần lượt là 4,6.10⁶ m/s và 2,1.10⁴ m/s.

Lời giải:

Sử dụng công thức: $\lambda =\frac{h}{mv}$

Bước sóng của electron: ${\lambda }_e=\frac{h}{m_e{v}_e}=\frac{6,{625.10}^{-34}}{9,{1.10}^{-31}.4,{6.10}^6}=1,{58.10}^{-10}m$

Bước sóng của proton: ${\lambda }_p=\frac{h}{m_p{v}_p}=\frac{6,{625.10}^{-34}}{1,{7.10}^{-27}.2,{1.10}^4}=1,{85.10}^{-11}m$

Bước sóng của electron lớn hơn bước sóng của proton.

2. Tính chất của electron

Hình thành kiến thức mới 2 trang 52 Chuyên đề Vật Lí 12: Hình ảnh trên màn trong Hình 8.3 sẽ thay đổi thế nào khi lỗ tròn có kích thước lớn?

Lời giải:

Khi lỗ tròn có kích thước lớn hơn:

- Vùng sáng trung tâm rộng hơn

- Giảm độ phân giải

- Xuất hiện các vòng tối phụ xen kẽ giữa các vòng sáng

Hình thành kiến thức mới 3 trang 52 Chuyên đề Vật Lí 12: Quan sát Hình 8.5 về kết quả thí nghiệm nhiễu xạ của electron và tia X với một bản tinh thể than chì. Em hãy cho biết:

a) Hình ảnh nhiễu xạ tia X là bằng chứng cho thấy tia X có tính chất gì?

b) Ta có thể khẳng định điều gì khi chùm tia electron cũng cho thấy hình ảnh nhiễu xạ?

Lời giải:

a) Hình ảnh nhiễu xạ tia X cho thấy tia X có tính chất sóng.

b) Khi chùm tia electron cũng cho thấy hình ảnh nhiễu xạ, ta có thể khẳng định electron cũng có tính chất sóng.

Vận dụng trang 53 Chuyên đề Vật Lí 12: Một trong những ứng dụng của tính sóng của hạt là phát minh kính hiển vi điện tử. Kính hiển vi điện tử có hai loại: quét (SEM - Scanning Electron Microscope) và truyền qua (TEM – Transmission Electron Microscope) (Hình 8.7) giúp cung cấp hình ảnh phóng đại lên đến khoảng 50 triệu lần. Nhờ đó, các nhà khoa học có thể quan sát và nghiên cứu được những đối tượng có kích thước rất nhỏ như virus (Hình 8.1). Em hãy tìm hiểu trên sách, báo, intemnet, ... để trình bày sơ lược về nguyên tắc hoạt động của một trong hai loại kính hiển vi điện tử trên.

Lời giải:

Kính hiển vi điện tử quét sử dụng các điện tử phát ra. Kính hiển vi điện tử quét hoạt động trên nguyên tắc ứng dụng động năng để tạo ra tín hiệu về sự tương tác của các electron. Các điện tử này là các điện tử thứ cấp, các điện tử tán xạ ngược và các điện tử tán xạ ngược nhiễu xạ được sử dụng để xem các nguyên tố và photon kết tinh. Các điện tử thứ cấp và bị tán xạ ngược được sử dụng để tạo ra hình ảnh. Các điện tử thứ cấp được phát ra từ mẫu vật đóng vai trò chính là phát hiện hình thái và địa hình của mẫu vật trong khi các điện tử tán xạ ngược thể hiện sự tương phản trong thành phần của các phần tử của mẫu vật

Bài tập (trang 53)

Bài tập 1 trang 53 Chuyên đề Vật Lí 12: Chọn đáp án đúng. Khi một trái bóng có khối lượng 0,5 kg chuyển động với tốc độ 10 m/s thì bước sóng de Broglie của trái bóng này có độ lớn

A. xấp xỉ đường kính của trái bóng (khoảng 11 cm).

B. xấp xỉ kích thước nguyên tử (khoảng 10^-10 m).

C. xấp xỉ kích thước hạt nhân (khoảng 10^-15 m).

D. nhỏ hơn nhiều lần kích thước hạt nhân.

Lời giải:

Bước sóng de Broglie của trái bóng này có độ lớn:

$\lambda =\frac{h}{mv}=\frac{6,{625.10}^{-34}}{0,5.10}=1,{325.10}^{-34}$m

Chọn đáp án D

Bài tập 2 trang 53 Chuyên đề Vật Lí 12: Một electron có bước sóng de Broglie bằng 0,4 nm.

a) Tính động lượng của electron này.

b) Tính tốc độ của electron này. Biết khối lượng của electron bằng 9,1.10^-31 kg.

Lời giải:

a) Động lượng của electron này: $\lambda =\frac{h}{p}\Rightarrow p=\frac{h}{\lambda }=\frac{6,{625.10}^{-34}}{0,{4.10}^{-9}}=1,{656.10}^{-24}$

b) Tốc độ của electron này là: $\lambda =\frac{h}{mv}\Rightarrow v=\frac{h}{m\lambda }=\frac{6,{625.10}^{-34}}{9,{1.10}^{-31}.0,{4.10}^{-9}}=1,{82.10}^{6}m/s$

Bài tập 3 trang 53 Chuyên đề Vật Lí 12: Trong thí nghiệm nhiễu xạ chùm tia electron bởi tinh thể, các electron có bước sóng khoảng 0,1 nm (là khoảng cách trung bình giữa các nguyên tử trong tinh thể).

a) Tốc độ của các electron này bằng bao nhiêu?

b) Tính hiệu điện thế cần thiết để cung cấp cho electron có tốc độ tính được ở câu a. Bỏ qua tốc độ ban đầu của electron. Cho e = 1,6.10^-19 C.

Lời giải:

a) Tốc độ của các electron này bằng:

$\lambda =\frac{h}{mv}\Rightarrow v=\frac{h}{m\lambda }=\frac{6,{625.10}^{-34}}{9,{1.10}^{-31}.0,{1.10}^{-9}}=7,{3.10}^{6}m/s$

b) Hiệu điện thế cần thiết để cung cấp cho electron tốc độ tính được ở câu a:

$eU=\frac{1}{2}m{v}^2\Rightarrow 1,{6.10}^{-19}.U=\frac{1}{2}.9,{1.10}^{-31}.{(7,{3.10}^6)}^2\Rightarrow U=151,5V$