CHƯƠNG VII: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

Ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt: Tính chất sóng thể hiện rõ với ánh sáng có bước sóng dài, còn tính chất hạt thể hiện rõ với ánh sáng có bước sóng ngắn. * Để giải thích các hiện tượng quang học, ta đó khẳng định ánh sáng chớnh là sóng điện từ (chương VI).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CHƯƠNG VII: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG CHƯƠNG VII: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt: Tính chất sóng thể hiện rõ với ánh sángcó bước sóng dài, còn tính chất hạt thể hiện rõ với ánh sáng có bước sóng ngắn.* Để giải thích các hiện tượng quang học, ta đó khẳng định ánh sáng chớ nh làsóng điện từ (chương VI).* Ở chương VII ta lại thấy chùm sáng là một chùm các hạt phôtôn. Nhờ thuyếtlượng tử ánh sáng, có thể giải thích các hiện t ượng quang điện, quang dẫn, sự tạothành quang phổ vạch, hoạt động của laze…A. TÓM TẮT KIẾN THỨC 1. Hiện tượng quang điện ngoài: Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectronra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài (thường gọi tắt là hiệntượng quang điện). * Các êlectron bị bật ra khỏi bề mặt kim loại bị chiếu sáng gọi là quangêlectron, còn gọi là êlectron quang điện. * Dòng các êlectron quang điện chuyển động có hướng gọi là dòng quangđiện. 2. Tế bào quang điện:- Tế bào quang điện là một bình thạch anh đã hút hết không khí (tế bào quang điệnchân không), bên trong có hai điện cực: anốt A và catốt K. Nối anốt A với cựcdương của nguồn, catốt K với cực âm và chiếu vào catốt chùm ánh sáng có bướcsóng ngắn thì xảy ra hiện tượng quang điện.- Khảo sát sự phụ thuộc của I = f(UAK) ta có: * Khi U ≤ - Uh thì dòng quang điện bị triệt tiêu hoàn toàn. Bởi vì lực điệntrường ngăn không cho electron đến được anốt sau khi bị bức ra catốt. Uh được gọilà hiệu điện thế hãm. * Khi UAK = 0 thì vẫn có dòng quang điện vì một số electron bật ra khỏicatốt có đủ động năng để đến anốt. * Khi UAK  U1 thì cường độ dòng quang điện giữ giá trị không đổi Ibh gọilà cường độ dòng quang điện bão hòa. Dòng quang điện bão hòa phụ thuộc vàocường độ chùm sáng Ias. 3. Các định luật quang điện: Định luật 1: Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếuvào kim loại có bước sóng nhỏ hơn, hoặc bằng bước sóng ở0, ở0 được gọi là giớihạn quang điện của kim loại đó: ở ≤ ở0. * Các kim loại khác nhau có giới hạn quang điện khác nhau: Các kim loạithông thường đều có giới hạn quang điện trong miền tử ngoại; kim loại kiềm cógiới hạn quang điện trong miền ánh sáng nhìn thấy. Định luật 2: Đối với mỗi ánh sáng thích hợp (có ở ≤ ở0) cường độ dòngquang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích. Định luật 3: Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện khôngphụ thuộc cường độ của chùm sáng kích thích, mà ch ỉ phụ thuộc bước sóng ánhsáng kích thích và bản chất của kim loại làm catốt. 4. Thuyết lượng tử ánh sáng: a. Giả thuyết lượng tử năng lượng của Plăng (giải thích sự phát và hấp thụbức xạ của các vật, đặc biệt là các vật nóng sáng(bức xạ nhiệt)): Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phátxạ có giá trị hoàn toàn xác định, gọi là lượng tử năng lượng. c Giá trị một lượng tử năng lượng:   hf  h ;  trong đó h = 6,625.10 -34 J.s gọi là hằng số Plăng; f là tần số của ánh sáng bịhấp thụ hay được phát ra; c = 3.108m/s là tốc độ ánh sáng trong chân không. b. Thuyết lượng tử áng sáng(thuyết phôtôn): - Chùm ánh sáng là một chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗiphôtôn có năng lượng xác định ồ = hf (f là tần số của sóng ánh sáng đơn sắctương ứng. Cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1 giây - Phân tử, nguyên tử, êlectron … phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng cónghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn. - Các phôtôn bay dọc theo tia sángvới tốc độ c = 3.10 8 m/s trong chân không 5. Các công thức về hiện tượng quang điện. hc + Lượng tử năng lượng:   hf   mv 2 max 0 + Công thức Anh-xtanh về hiện tượng quang điện:   A  2 hc + Giới hạn quang điện: 0  A 1 2 + Hiệu điện thế hãm Uh và động năng cực đại của êlectron: eU h  m.v0max 2 + Công suất của chùm sáng chiếu vào catôt: P = N. với N là số hạt photontới catôt trong 1 giây. + Cường độ dòng quang điện bào hoà: Ibh = n.e với n là số êlectron quangđiện bứt ra khỏi mặt kim loại và chuyển về anôt trong 1 giây. n + Hiệu suất lượng tử: H  N + Bước sóng nhỏ nhất (tần số lớn nhất) của tia Rơn-ghen phát ra từ ống Rơn-ghen: X ≥ min vớivà động năng của electron khi tới đập vào đối âm cực (đối catốt) là: U là hiệu điện thế giữa anốt và catốt của ống Rơn-ghen.Lưu ý các hằng số: h = 6,625.10-34J.s; c = 3.108m/s; me = 9,1.10-31kg; e =1,6.10-19C ; 1eV = 1,6.10-19J. * Hiện tượng quang điện được ứng dụng trong các tế bào quang điện,trong các dụng cụ để biến đổi các tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện... 6. Hiện tượng quang điện trong: Hiện tượng tạo thành các êlectron dẫn và lỗ trống trong chất bán dẫn, do tácdụng của ánh sáng có bước sóng thích hợp chiếu vào chất bán dẫn. Hiện tượngquang điện trong được ứng dụng để chế tạo quang điện trở và pin quang điện. * Nhận xét: Hiện tượng quang điện ngoài và Hiện tượng quang điện trong+ Giống nhau: đều có sự giải phóng êlectron khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.+ Khác nhau: Hiện tượng quang điện ngoài: êlectron ra khỏi khối chất, năng lượng g ...