Nội dung bài viết

    Xem thêm

    Lý thuyết Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng (mới 2024 + Bài Tập) - Vật lí 12

    Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng ngắn gọn, chi tiết sẽ giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm Vật lí 12 Bài 30.

    1 6,802 22/12/2023
    Tải về
    Trang trước
    Chia sẻ
    Trang sau  

    Lý thuyết Vật lí 12 Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

    Bài giảng Vật lí 12 Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

    1. Hiện tượng quang điện

    a. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện (1887)

    Lý thuyết Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng | Vật lí lớp 12 (ảnh 1)

    - Gắn một tấm kẽm tích điện âm vào cần của một tĩnh điện kế, kim điện kế lệch đi một góc nào đó.

    - Chiếu chùm ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm thì góc lệch của kim điện kế giảm đi.

    - Thay kẽm bằng kim loại khác, ta cũng thấy hiện tượng tương tự.

    Kết luận: Ánh sáng hồ quang đã làm bật êlectron khỏi mặt tấm kẽm.

    b. Định nghĩa

    Hiện tượng ánh sáng (hoặc bức xạ điện từ) làm bật các êlectron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài).

    2. 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 nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng λ0. λ0 được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó: λ ≤ λ0

    + Trừ kim loại kiềm và một vài kim loại kiềm thổ có giới hạn quang điện trong miền ánh sáng nhìn thấy, các kim loại thường dùng khác đều có giới hạn quang điện trong miền tử ngoại.

    + Thuyết sóng điện từ về ánh sáng không giải thích được, đó là vì theo thuyết này khi sóng điện từ lan truyền đến kim loại thì điện trường trong sóng sẽ làm cho các electron trong kim loại dao động, nếu cường độ điện trường đủ lớn tức là cường độ ánh sáng kích thích đủ mạnh thì các electron có thể bị bật ra bất kể bước sóng của sóng điện từ đó là bao nhiêu. Nên định luật quang điện chỉ có thể giải thích được bằng thuyết lượng tử.

    Chất

    		 λoμm

    Chất

    		 λoμm

    Bạc

    0,26

    Canxi

    0,43

    Đồng

    0,30

    Natri

    0,50

    Kẽm

    0,35

    Kali

    0,55

    Nhôm

    0,36

    Xesi

    0,58

    Bảng giá trị giới hạn quang điện của một số kim loại

    3. Thuyết lượng tử ánh sáng

    a. Giả thuyết Plăng

    + Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf; trong đó f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay phát ra; còn h là một hằng số.

    + Lượng tử năng lượng: ε = hf, h gọi là hằng số Plăng: h = 6,625.10−34J.s

    b. Thuyết lượng tử ánh sáng

    + Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn.

    + Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf.

    + Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108m/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 phôtôn.

    Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.

    c. Giải thích định luật giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng

    Anh−xtanh cho rằng, hiện tượng quang điện xảy ra do êlectron trong kim loại hấp thụ phôtôn của ánh sáng kích thích. Phôtôn bị hấp thụ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho êlectron. Năng lượng ε này được dùng để.

    − Cung cấp cho êlectron một công A, gọi là công thoát, để êlectron thắng được lực liên kết với mạng tinh thể và thoát ra khỏi bề mặt kim loại;

    − Truyền cho êlectron đó một động năng ban đầu;

    − Truyền một phần năng lượng cho mạng tinh thể.

    Nếu êlectron này nằm ngay trên lớp bề mặt kim loại thì nó có thể thoát ra ngay mà không mất năng lượng truyền cho mạng tinh thể. Động năng ban đầu của êlectron này có giá trị cực đại W0d=mv0max22

    + Để hiện tượng quang điện xảy ra thì năng lượng của photon ánh sáng kích thích phải lớn hơn hoặc bằng công thoát:

    ε≥A  hay  hcλ≥A⇒λ≤hcA

    Đặt λ0=hcA⇒λ≤λ0

    4. Lưỡng tính sóng − hạt của ánh sáng

    + Có nhiều hiện tượng quang học chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng (như giao thoa, nhiễu xạ...); lại cũng có nhiều hiện tượng quang học khác (quang điện ngoài, quang điện trong, phát xạ, hấp thụ,…) chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt. Điều đó chứng tỏ: Ánh sáng có lưỡng tính sóng − hạt.

    + Trong mỗi hiện tượng quang học, ánh sáng thường thể hiện rõ một trong hai tính chất trên. Khi tính chất sóng thể hiện rõ, thì tính chất hạt lại mờ nhạt, và ngược lại.

    + Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn, phôtôn ứng với nó có năng lượng càng lớn thì tính chất hạt thể hiện càng rõ, như ở hiện tượng quang điện, ở khả năng đâm xuyên, ở tác dụng phát quang..., còn tính chất sóng càng mờ nhạt. Trái lại, sóng điện từ có bước sóng càng dài, phôtôn ứng với nó có năng lượng càng nhỏ, thì tính chất sóng lại thể hiện rõ hơn (ở hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc,...), còn tính chất hạt thì mờ nhạt.

    Trắc nghiệm Vật lí 12 Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

    Câu 1: Công thoát của êlectron khỏi bề mặt nhôm là 3,46 eV. Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện đối với nhôm là ánh sáng kích thích phải có bước sóng thỏa mãn

    A. λ ≤ 0,18 μm.

    B. λ > 0,18 μm.

    C. λ ≤ 0,36 μm.

    D. λ > 0,36 μm.

    Đáp án: C

    Giải thích:

    Công thoát của êlectron khỏi bề mặt nhôm là 3,46 eV.

    Suy ra bước sóng giới hạn quang điện của nhôm là:

    λ0=hcA=6,625.10-34.3.1083,46.1,6.10-19=3,59.10-7=0,359μm

    Câu 2: Theo thuyết lượng tử ánh sáng thì năng lượng của

    A. một photon bằng năng lượng nghỉ của một êlectrôn.

    B. một photon phụ thuộc vào khoảng cách từ photon đó tới nguồn phát ra nó.

    C. các photon trong chùm sáng đơn sắc bằng nhau.

    D. một photon tỉ lệ thuận với bước sóng ánh sáng tương ứng với photon đó.

    Đáp án: C

    Giải thích:

    Chùm ánh sáng đơn sắc có cùng tần số nên năng lượng bằng nhau:

    (ánh sáng đơn sắc có bước sóng bằng nhau)

    + Năng lượng nghỉ của electron là một hằng số, còn năng lượng của các photon có bước sóng, tần số khác nhau là khác nhau => A sai.

    + Năng lượng của photon không phụ thuộc vào khoảng cách từ nó đến nguồn, photon truyền năng lượng đi là không đổi => B sai.

    + Năng lượng của một photon tỉ lệ nghịch với bước sóng của nó => D sai.

    Câu 3: Hiện tượng quang điện là hiện tượng êlectron bị bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại

    A. khi tấm kim loại bị nung nóng.

    B. nhiễm điện do tiếp xúc với một vật nhiễm điện khác.

    C. do bất kì nguyên nhân nào.

    D. khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó.

    Đáp án: D

    Giải thích:

    Hiện tượng quang điện là hiện tượng êlectron bị bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó.

    Câu 4: Ðể gây ra hiện tượng quang điện, bức xạ rọi vào kim loại phải thỏa mãn điều kiện nào sau đây?

    A. Tần số có giá trị bất kì.

    B. Tần số nhỏ hơn một tần số nào đó.

    C. Bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện.

    D. Bước sóng lớn hơn giới hạn quang điện.

    Đáp án: C

    Giải thích:

    Để gây ra được hiệu ứng quang điện, bức xạ rọi vào kim loại phải có bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện.

    Câu 5: Tìm phát biểu sai khi nói về thuyết lượng tử ánh sáng?

    A. 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.

    B. Ánh sáng được tạo bởi các hạt gọi là photon.

    C. Năng lượng của các photon ánh sáng là như nhau, không phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.

    D. Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử ánh sáng không thay đổi và không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng.

    Đáp án: C

    Giải thích:

    Năng lượng của các photon ánh sáng là khác nhau, phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.

    Câu 6: Một photon có năng lượng 2,48 eV trong chân không. Nếu ở trong môi trường có chiết suất n = 1,5 thì năng lượng của photon này bằng:

    A. 3,98 eV.

    B. 1,65 eV.

    C. 2,48 eV.

    D. 3,72 eV.

    Đáp án: C

    Giải thích:

    Năng lượng của photon:

    ε=hcλ=hf

    Khi ánh ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì f không đổi:

    ε′ = ε = 2,48 eV

    Câu 7: Nội dung chủ yếu của thuyết lượng tử trực tiếp nói về

    A. sự hình thành các vạch quang phổ của nguyên tử.

    B. sự tồn tại các trạng thái dừng của nguyên tử hiđrô.

    C. cấu tạo của các nguyên tử, phân tử.

    D. sự phát xạ và hấp thụ ánh sáng của nguyên tử, phân tử.

    Đáp án: D

    Giải thích:

    Nội dung chủ yếu của thuyết lượng tử trực tiếp nói về sự phát xạ và hấp thụ ánh sáng của nguyên tử, phân tử.

    Câu 8: Chùm sáng đơn sắc đỏ khi truyền trong chân không có bước sóng 0,75 μm. Nếu chùm sáng này truyền vào trong thủy tinh (có chiết suất n = 1,5) thì năng lượng photon ứng với ánh sáng đó là:

    A. 3,98.10-19 J.

    B. 2,65.10-19 J.

    C. 1,77.10-19 J.

    D. 1,99.10-19 J.

    Đáp án: B

    Giải thích:

    Năng lượng photon của ánh sáng trong chân không:

    ε=hcλ=1,9875.10−250,75.10−6=2,65.10−9(J)

    Khi truyền qua các môi trường, tần số của ánh sáng không đổi nên năng lượng photon ε=hcλ=hf cũng không đổi.

    Câu 9: Cho hằng số Plăng h = 6,625.10−34 J.s; tốc độ ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s. Một nguồn phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,51 μm. Công suất bức xạ của nguồn là 2,65 W. Số photon mà nguồn phát ra trong 1 giây là

    A. 6,8.1018.

    B. 2,04.1019.

    C. 1,33.1025.

    D. 2,57.1017.

    Đáp án: A

    Giải thích:

    Số photon mà nguồn phát ra trong 1 giây là n=Pε=P.λhc=2,65.0,51.10−66,625.10−34.3.108=6,8.108

    Câu 10: 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.

    Đáp án: C

    Giải thích:

    Thuyết lượng tử ánh sáng không được dùng để giải thích hiện tượng giao thoa ánh sáng.

    Câu 11: Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử năng lượng

    A. không bị thay đổi, không phụ thuộc vào khoảng cách nguồn sáng xa hay gần.

    B. thay đổi, phụ thuộc vào khoảng cách nguồn sáng xa hay gần.

    C. thay đổi tuỳ theo ánh sáng truyền theo môi trường nào.

    D. không bị thay đổi khi ánh sáng truyền trong chân không.

    Đáp án: A

    Giải thích:

    Tần số ánh sáng f không đổi trong quá trình truyền nên lượng tử ánh sáng: ε = hf không đổi.

    Câu 12: Thí nghiệm Hertz về hiện tượng quang điện chứng tỏ:

    A. Hiện tượng quang điện không xảy ra với tấm kim loại nhiễm điện dương với mọi ánh sáng kích thích.

    B. Electron bị bứt ra khỏi tấm kim loại khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

    C. Tấm thủy tỉnh không màu hấp thụ hoàn toàn tia tử ngoại trong ánh sáng của đèn hồ quang.

    D. Ánh sáng nhìn thấy không gây ra được hiện tượng quang điện trên mọi kim loại.

    Đáp án: B

    Giải thích:

    Thí nghiệm Hertz về hiện tượng quang điện chứng tỏ: electron bị bứt ra khỏi tấm kim loại khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

    Câu 13: Chọn phát biểu đúng về hiện tượng quang điện.

    A. Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi tần số của ánh sáng kích thích nhỏ hơn tần số giới hạn f0 nào đó.

    B. Các photon quang điện luôn bắn ra khỏi kim loại theo phương vuông góc với bề mặt kim loại.

    C. Giới hạn quang điện phụ thuộc vào bản chất kim loại.

    D. Giới hạn quang điện của kim loại tỉ lệ với công thoát êlectron của kim loại.

    Đáp án: D

    Giải thích:

    - Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λ0 của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện (λ ≤ λ0).

    - Giới hạn quang điện (λ0) của mỗi kim loại là đặc trưng riêng của kim loại đó.

    - Các photon quang điện luôn bắn ra khỏi kim loại theo mọi phương.

    - Giới hạn quang điện của kim loại tỉ lệ nghịch với công thoát êlectron của kim loại.

    Câu 14: Tính bước sóng ánh sáng mà năng lượng của photon là 2,8.10−19 J. Cho hằng số Plăng h = 6,625.10−34 Js, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s

    A. 0,71 μm.

    B. 0,66 μm.

    C. 0,58 μm.

    D. 0,45 μm.

    Đáp án: A

    Giải thích:

    Bước sóng của ánh sáng: λ=hcε=6,625.10−34.3.1082,8.10−19 =7,1.10−7=0,71μm

    Câu 15: Hai laze A và B có công suất phát quang tương ứng là 0,5W và 0,6W. Biết tỉ số giữa số photon của laze B với số photon của laze A phát ra trong cùng một đơn vị thời gian là 215 . Tỉ số bước sóng λAλB của hai bức xạ là

    A. 81.

    B. 181.

    C. 19.

    D. 9.

    Đáp án: D

    Giải thích:

    Ta có: PAPB=nAhcλAnBhcλB=nA.λBnB.λA

    Tỉ số bước sóng λAλB của hai bức xạ là:

    0,60,5.152=9

    Câu 16: Công thoát êlectron của một kim loại 2 eV. Cho hằng số Plăng h = 6,625.10−34 Js, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s Trong số bốn bức xạ sau đây, bức xạ không gây ra được hiện tượng quang điện khi chiếu vào tấm kim loại nói trên có

    A. bước sóng 450 nm.

    B. bước sóng 350 nm.

    C. tần số 6,5.1014 Hz.

    D. tần số 4,8.1014 Hz.

    Đáp án: D

    Giải thích:

    Giới hạn quang điện: λ0=hcA≈0,6211μm

    ⇒ A, B gây ra hiện tượng quang điện

    Tần số giới hạn:

    f0=cλ0≈4,83.1014Hz

    Câu 17: Trong thí nghiệm Hecxơ: chiếu một chùm sáng phát ra từ một hồ quang vào một tấm kẽm thì thấy các electron bật ra khỏi tấm kim loại. Khi chắn chùm sáng hồ quang bằng tấm thuỷ tỉnh dày thì thấy không có electron bật ra nữa, điều này chứng tỏ

    A. tấm kim loại đã tích điện đương và mang điện thế dương.

    B. chỉ có ánh sáng thích hợp mới gây ra được hiện tượng quang điện.

    C. ánh sáng phát ra từ hồ quang có bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện.

    D. tấm thuỷ tỉnh đã hấp thụ tất cả ánh sáng phát ra từ hồ quang.

    Đáp án: B

    Giải thích:

    Trong thí nghiệm Hecxơ: chiếu một chùm sáng phát ra từ một hồ quang vào một tấm kẽm thì thấy các electron bật ra khỏi tắm kim loại. Khi chắn chùm sáng hồ quang bằng tấm thuỷ tỉnh dày thì thấy không có electron bật ra nữa, điều này chứng tỏ chỉ có ánh sáng thích hợp mới gây ra được hiện tượng quang điện.

    Câu 18: Êlectrôn bật ra khỏi kim loại khi có một bức xạ đơn sắc chiếu vào, là vì

    A. bức xạ đó có cường độ rất lớn.

    B. vận tốc của bức xạ đó lớn hơn vận tốc xác định.

    C. bức xạ đó có bước sóng λ xác định.

    D. tần số bức xạ đó có giá trị lớn hơn một giá trị xác định.

    Đáp án: D

    Giải thích:

    Êlectrôn bật ra khỏi kim loại khi có một bức xạ đơn sắc chiếu vào phải lớn hơn công thoát ( hf > A = hf0 f > f0 ). Vậy tần số bức xạ đó có giá trị lớn hơn một giá trị xác định.

    Câu 19: Trong chân không, ánh sáng tím có bước sóng 0,4 . Mỗi photon ánh sáng này mang năng lượng xấp xỉ bằng

    A. 4,97.10−31 J.

    B. 4,97.10−19 J.

    C. 2,49.10−19 J.

    D. 2,49.10−31 J.

    Đáp án: B

    Giải thích:

    Mỗi photon ánh sáng này mang năng lượng xấp xỉ bằng:

    ε=hcλ=6,625.10−34 .3.1080,4.10−6=4,96875.10−19J.

    Câu 20: Chiếu ánh sáng có bước sóng λ = 0,542 μm vào catôt của một tế bào quang điện (một dụng cụ chân không có hai điện cực là catôt nối với cực âm và anôt nối với cực dương của nguồn điện) thì có hiện tượng quang điện. Công suất của chùm sáng chiếu tới là 0,625 W, biết rằng cứ 100 photon tới catôt thì có 1 êlectron bứt ra khỏi catôt. Khi đó cường độ dòng quang điện bão hòa có giá trị là

    A. 2,72 mA.

    B. 2,04 mA.

    C. 4,26 mA.

    D. 2,57 mA.

    Đáp án: A

    Giải thích:

    Vì biết rằng cứ 100 photon tới catôt thì có 1 êlectron bứt ra khỏi catôt nên trong 1s, số electron bứt ra khỏi catot là:

    n=0,01.Phcλ=0,01.P λhc

    Khi đó cường độ dòng quang điện bão hòa có giá trị là

    Ibh=ne=0,01P λhc.e≈2,72.10−3A

    Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Vật lí lớp 12 đầy đủ, chi tiết khác:

    Lý thuyết Bài 31: Hiện tượng quang điện trong

    Lý thuyết Bài 32: Hiện tượng quang- phát quang

    Lý thuyết Bài 33: Mẫu nguyên tử Bo

    Lý thuyết Bài 34: Sơ lược về laze

    Lý thuyết Bài 35: Tính chất và cấu tạo hạt nhân

    Tham khảo các loạt bài Vật Lí 12 khác:

    Bài viết cùng lớp mới nhất

    Xem thêm
    1 6,802 22/12/2023
    Tải về
    Trang trước
    Chia sẻ
    Trang sau  

    Xem thêm các chương trình khác: