Hôm nay chúng ta sẽ học về bài đầu tiên của chương 6- Lượng tử Ánh sáng,cùng nghiên cứu về một tính chất khác của ánh sáng, đó là bài Hiện tượng quang điện - Thuyết lượng tử ánh sáng . Tìm hiểu về các thí nghiệm về hiện tượng quang điện, ứng dụng của hiện tượng quang điện ngoài , thuyết lượng tử ánh sáng và lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng.
Chiếu một chùm sáng do hồ quang phát ra vào tấm kim loại tích điện âm thì tấm kim loại bị mất điện tích âm.
Các thí nghiệm cho thấy, ánh sáng hồ quang đã làm bật electron ra khỏi mặt tấm kẻm.
Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài.
Nếu chắn chùm sáng hồ quang bằng bằng một tấm thủy tinh dày (thủy tinh hấp thụ mạnh các tia tử ngoại) thì hiện tượng quang điện không xảy ra. Điều đó chứng tỏ rằng các bức xạ tử ngoại có khả năng gây ra hiện tượng quang điện ở kẽm, còn ánh sáng nhìn thấy được thì không.
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: \(\lambda \leq \lambda _0\)
Định luật về giới hạn quang điện chỉ có thể giải thích được bằng thuyết lượng tử ánh sáng.
Lượng năng lượng mà mỗi lần 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 của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra; còn h là một hằng số.
Năng lượng mà nguyên tử hoặc phân tử hấp thụ hay phản xạ hoàn toàn xác định là h.f"
Trong đó: \(\varepsilon = h.f\) : lượng tử năng lượng
Với: f: tần số của ánh sáng đơn sắc
h = \(6,625.10^{-34}\) J: hằng số Plăng
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 nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc 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
Trong hiện tượng quang điện mỗi phôtôn bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng cho một electron. Để bứt được electron ra khỏi bề mặt kim loại thì năng lượng của phôtôn phải lớn hơn công thoát A:
\(hf=\frac{hc}{\lambda }\geq A=\frac{hc}{\lambda_0 }\)
→ \(\lambda \leq \lambda _0\)
Với \(\lambda _0=\frac{hc}{A}\) chính là giới hạn quang điện của kim loại.
Ánh sáng vừa có tính chất sóng lại vừa có tính chất hạt nên ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt.
Ánh sáng có bản chất điện từ.
Một nguồn sáng chỉ phát ra ánh sáng đơn sắc có f = \(5.10^{14}\) Hz. Số phôtôn nguồn phát ra trong mỗi giấy bằng \(3.10^{19}\) hạt. Tìm công suất bức xạ của nguồn?
Ta có:
\(P = N. \varepsilon = N. h. f\)
⇒ \(P\) = \(3.10^{19}\).\(6,625.10^{-34}\).\(5.10^{14}\) = 9,9375 W
Chiếu chùm bức xạ có bước sóng 0,18 \(\mu\)m vào bề mặt một miếng kim loại có giới hạn quang điện 0,3 \(\mu\)m. Cho rằng năng lượng của mỗi phôtôn được dùng để cung cấp công thoát electron phần còn lại biến hoàn toàn thành động năng. Tìm vận tốc cực đại của các electon?
\(\lambda = 0,18 \mu m = 0,18.10^{-6}m;\ \lambda _0= 0,3 \mu m = 0,3.10^{-6}m\)
Theo công thức Anhxtanh: \(v_{0\ max} = \sqrt{\frac{2hc}{m}\left ( \frac{1}{\lambda }-\frac{1}{\lambda _0} \right )}\)
\(\Rightarrow v_{0\ max} = \sqrt{\frac{2.6,625.10^{-34}.3.10^8}{9,1.10^{-31}}\left ( \frac{1}{0,18.10^{-6}}-\frac{1}{0,3.10^{-6}} \right )} = 9,85.10^5\ m/s\)
Chiếu một bức xạ có \(\lambda = 0,14\ \mu m\) vào một quả cầu bằng đồng có công thoát A = 4,57eV đặt cô lập về điện. Tìm điện thế cực đại của quả cầu?
• \(A=4,57eV=4,57.1,6.10^{-19}=7,312.10^{-19} J\)
• Giới hạn quang điện: \(\lambda _0 = \frac{hc}{A}\)
\(\Rightarrow \lambda _0 = \frac{6,625.10^{-34}.3.10^8}{7,312.10^{-19}} = 0,27\ \mu m\)
\(\lambda = 0,14 \ \mu m < \lambda _0 = 0,27\ \mu m\)
Ta có: \(\left |e \right |.v_{max}=E_{d_{max}}\) = \(\frac{hc}{\lambda }\) - A
\(\Rightarrow V_{max} = \left ( \frac{hc}{\lambda } - A \right ).\frac{1}{|e|} = \left ( \frac{6,625.10^{-34}.3.10^8}{0,14.10^{-6}}- 7,312.10^{-19} \right ).\frac{1}{1,6.10^{-19}}\)
\(\Rightarrow V_{max} = 4,3\ (V)\)
Qua bài này, các em sẽ được làm quen với các kiến thức liên quan đến Hiện tượng quang điện và Thuyết lượng tử ánh sáng cùng với các bài tập liên quan theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…, các em cần phải nắm được :
Trình bài được thí nghiệm Héc về hiện tượng quang điện và nêu được định nghĩa hiện tượng quang điện .
Phát biểu được định luật về giới hạn quang điện .
Phát biểu được thuyết lượng tử ánh sáng và vận dụng được thuyết Phôtôn để giải thích định luật về giới hạn quang điện .
Nêu được lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng .
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 30 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Công thoát của kim loại Na là 2,48 eV. Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng 0,36μm vào tế bào quang điện có catôt làm bằng Na. Vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện là:
Chọn câu đúng:
Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng l= 0,6μm. Công suất đèn là P = 10W. Số phôtôn mà ngọn đèn phát ra trong 10s là:
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 12 Bài 30để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Bài tập 1 trang 158 SGK Vật lý 12
Bài tập 2 trang 158 SGK Vật lý 12
Bài tập 3 trang 158 SGK Vật lý 12
Bài tập 4 trang 158 SGK Vật lý 12
Bài tập 5 trang 158 SGK Vật lý 12
Bài tập 6 trang 158 SGK Vật lý 12
Bài tập 7 trang 158 SGK Vật lý 12
Bài tập 8 trang 158 SGK Vật lý 12
Bài tập 9 trang 158 SGK Vật lý 12
Bài tập 10 trang 158 SGK Vật lý 12
Bài tập 11 trang 158 SGK Vật lý 12
Bài tập 12 trang 158 SGK Vật lý 12
Bài tập 13 trang 158 SGK Vật lí 12
Bài tập 30.1 trang 83 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.2 trang 83 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.3 trang 83 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.4 trang 83 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.5 trang 83 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.6 trang 83 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.7 trang 84 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.8 trang 84 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.9 trang 84 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.10 trang 84 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.11 trang 85 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.12 trang 85 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.13 trang 85 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.14 trang 85 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.15 trang 85 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.16 trang 86 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.17 trang 86 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.18 trang 86 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.19 trang 86 SBT Vật lý 12
Bài tập 30.20 trang 86 SBT Vật lý 12
Bài tập 1 trang 225 SGK Vật lý 12 nâng cao
Bài tập 2 trang 225 SGK Vật lý 12 nâng cao
Bài tập 3 trang 225 SGK Vật lý 12 nâng cao
Bài tập 4 trang 225 SGK Vật lý 12 nâng cao
Bài tập 5 trang 225 SGK Vật lý 12 nâng cao
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý DapAnHay sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 12 DapAnHay
Công thoát của kim loại Na là 2,48 eV. Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng 0,36μm vào tế bào quang điện có catôt làm bằng Na. Vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện là:
Chọn câu đúng:
Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng l= 0,6μm. Công suất đèn là P = 10W. Số phôtôn mà ngọn đèn phát ra trong 10s là:
Giới hạn quang điện của Xesi là 0,66μm, chiếu vào kim loại này bức xạ điện từ có bước sóng 0,5μm. Động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện khi bứt ra khỏi kim loại là?
Trong một ống Cu-lít-giơ người ta tạo ra một hiệu điện thế không đổi giữa hai cực. Trong một phút người ta đếm được 6.1018 điện tử đập vào anốt. Tính cường độ dòng điện qua ống Cu-lít-giơ
Giới hạn quang điện của kẽm là λo = 0,35mm. Tính công thoát của êlectron khỏi kẽm?
Giới hạn quang điện của đồng (Cu) là λ0 = 0,30 μm. Biết hằng số h = 6,625.10-34 J.s và vận tốc truyền ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s. Công thoát của êlectrôn khỏi bề mặt của đồng là
Giới hạn quang điện của Ge là λ0 = 1,88mm. Tính năng lượng kích họat (năng lượng cần thiết để giải phóng một êlectron liên kết thành êlectron dẫn) của Ge?
Giới hạn quang điện của KL dùng làm Katot là 0,66mm. Tínhđộng năng cực đại ban đầu và vận tốc cực đại của e quang điện khi bứt ra khỏi K
Tìm phát biểu sai khi nói về thuyết lượng tử ánh sáng
Trình bày thí nghiệm Héc về hiện tượng quang điện?
Hiện tượng quang điện là gì?
Phát biểu định luật về giới hạn quang điện.
Phát biểu nội dung của giả thuyết Plăng.
Lượng tử năng lượng là gì?
Phát biểu nội dung thuyết lượng tử ánh sáng.
Phôtôn là gì?
Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết phôtôn.
Hiện tượng nào dưới đây là hiện tượng quang điện?
A. Êlectron bứt ra khỏi kim loại khi bị nung nóng.
B. Êlectron bật ra khỏi kim loại khi có ion đập vào.
C. Êlectron bứt ra khỏi một nguyên tử khi va chạm với một nguyên tử khác.
D. Êlectron bứt ra khỏi mặt kim loại khi bị chiếu sáng.
Chọn câu đúng.
Chiếu ánh sáng đơn sắc vào mặt một tấm đồng. Hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu ánh sáng có bước sóng.
A. \(0,1 \mu m\). B. \(0,2 \mu m\)
C. \(0,3 \mu m\) D. \(0,4 \mu m\)
Ánh sáng có bước sóng \(0,60\mu m\) có thể gây ra hiện tượng quang điện ở chất nào dưới đây?
A. Xesi.
B. Kali.
C. Natri.
D. Canxi.
Tính lượng tử năng lượng của các ánh sáng đỏ \((0,75 \mu m)\) và vàng \((0,55 \mu m).\)
Giới hạn quang điện của kẽm là \(0,35 \mu m\). Tính công thoát của êlectron khỏi kẽm theo đơn vị jun và eV. Cho \(1 eV = 1,6.10^{-9} J.\)
Trong hiện tượng nào dưới đây có thể xảy ra hiện tượng quang điện? Ánh sáng mặt trời chiếu vào?
A. mặt nước biển.
B. lá cây.
C. mái ngói.
D. tấm kim loại không sơn.
Để giải các bài từ 30.2 đến 30.6 cần sử dụng bảng 30.1 của SGK Vật lý 12.
30.2. Giới hạn quang điện của các kim loại như bạc, đồng, kẽm, nhôm ... nằm trong vùng ánh sáng nào?
A. Ánh sáng tử ngoại
B. Ánh sáng nhìn thấy được
C. Ánh sáng hồng ngoại
D. Cả ba vùng ánh sáng nêu trên
Giới hạn quang điện của các kim loại kiềm như canxi,natri ,kali, xesi, ... nằm trong vùng ánh sáng nào?
A. Ánh sáng tử ngoại
B. Ánh sáng nhìn thấy được
C. Ánh sáng hồng ngoại
D. Cả ba vùng ánh sáng nêu trên
Hãy chọn phát biểu đúng
Chiếu ánh sáng màu vàng vào mặt một tấm vật liệu thì có electron bị bật ra. Tấm kim loại đó chắc chắn phải là
A. Kim loại
B. Kim loại kiềm
C. Chất cách điện
D. Chất hữu cơ
Hãy chọn phát biểu đúng.
Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,50 μm lần lượt vào bốn tấm nhỏ có phủ canxi, natri, kali và xesi. Hiện tượng quang điện sẽ xảy ra ở
A. một tấm.
B. hai tấm.
C. ba tấm.
D. cả bốn tấm.
Hãy chọn phát biểu đúng.
Chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc vào một tấm kẽm. Hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu ánh sáng có bước sóng
A. 0,1 μm. B. 0,2 μm.
C. 0,3 μm. D. 0,4 μm.
Hăy chọn phát biểu đúng.
Giới hạn quang điện của một hợp kim gồm bạc, đồng và kẽm sẽ là
A. 0,26 μm. B. 0,30 μm.
C. 0,35 μm. D. 0,40 μm.
Họ và tên
Tiêu đề câu hỏi
Nội dung câu hỏi
Câu trả lời của bạn
Biên độ dao động tổng hợp của hai dao động trên có giá trị lớn nhất bằng A1 + A2
Câu trả lời của bạn
Sóng dọc là sóng có phương dao động của các phần tử môi trường vuông góc với phương truyền sóng
Câu trả lời của bạn
Biên độ, tần số, năng lượng toàn phần không đổi theo thời gian.
Câu trả lời của bạn
Điều kiện để có thể hình thành sóng dừng trên sợi dây hai đầu cố định có chiều dài l là
l = \(\frac{k\lambda }{2}\).
Câu trả lời của bạn
Cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của một máy biến áp lí tưởng có số vòng dây lần lượt là N1 và N2. Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U1 vào hai đầu cuộn sơ cấp thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là U2.
Ta luôn có \(\frac{{{U}_{1}}}{{{U}_{2}}}\)= \(\frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{2}}}.\)
Câu trả lời của bạn
HD: Cường độ âm tại một điểm \(I = \frac{P}{S} = \frac{P}{{4\pi {R^2}}} = \frac{1}{{4\pi {4^2}}} = {5.10^{ - 3}}\) W/m2 = 5 mW/m2
Câu trả lời của bạn
Có 2 biện pháp nhằm nâng cao hiệu suất truyền tải là: giảm R và tăng điện áp đầu đường dây truyền tải.. Tuy nhiên khi giảm R phải tăng tiết diện S của dây dẫn. Phương án này không khả thi do tốn kém kinh tế.
Câu trả lời của bạn
Biên độ dao động cưỡng bức của hệ không phụ vào pha ban đầu của ngoại lực cưỡng bức.
Câu trả lời của bạn
Đồng vị là các nguyên tử mà hạt nhân của nó có cùng số prôtôn, khác số nơtron
Câu trả lời của bạn
Công suất tỏa nhiệt của một mạch điện xoay chiều phụ thuộc vào điện trở thuần của mạch
Câu trả lời của bạn
Trong máy quang phổ lăng kính, chùm sáng sau khi đi qua ống chuẩn trực của máy là chùm sáng song song
Câu trả lời của bạn
Tia tử ngoại có bước sóng nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng tím
Câu trả lời của bạn
ULo = 1/2UCo \(\Rightarrow \) ULo < UCo \(\Rightarrow \) ZL < ZC \(\Rightarrow \) Hiệu điện thế trễ pha hơn so với dòng điện.
Câu trả lời của bạn
Hệ số công suất cos \(\phi = \cos ({\varphi _u} - {\varphi _i}) = \cos \left( { - \frac{\pi }{{12}} - \frac{\pi }{{12}}} \right) \approx 0,87\)
Câu trả lời của bạn
Ta có: Suất điện động cảm ứng: \({e_c} = \left| {\frac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}} \right|\)
\( \Rightarrow {e_c} = \frac{{N \cdot \Delta B.S.\cos 60}}{{\Delta t}} = \frac{{100.\left| {0 - {{2.10}^{ - 4}}} \right|{{.20.10}^{ - 4}}.\cos 60}}{{0,01}} = {2.10^{ - 3}}V\)
Câu trả lời của bạn
Năng lượng cần thiết để giải phóng 1 electrong liên kết thành electron dẫn chính bằng công thoát của vật:
\(A = \frac{{hc}}{{{\lambda _0}}} = \frac{{6,{{625.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{{0,{{82.10}^{ - 6}}}} = 2,{424.10^{ - 19}}J\)
Câu trả lời của bạn
Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở được xác định theo công thức:
\(Q = R{I^2}t = R{\left( {\frac{{{I_0}}}{{\sqrt 2 }}} \right)^2}t = 0,5RI_0^2t\)
Câu trả lời của bạn
Dung kháng của tụ là: \({Z_C} = \frac{1}{{\omega C}} = \frac{1}{{\frac{1}{{1000\pi }}.100\pi }} = 10\Omega \)
Câu trả lời của bạn
Ta có: \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}} {r = 30\Omega }\\ {{Z_L} = 120\Omega }\\ {{Z_C} = 100\Omega } \end{array}} \right.\)
Công suất trên biến trở: \({P_R} = {I^2}R = \frac{{{U^2}}}{{{{(R + r)}^2} + {{\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}^2}}}R\)
Công suất trên mạch: \(P' = {I^2}(R + r) = \frac{{{U^2}}}{{{{(R + r)}^2} + {{\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}^2}}}(R + r)\)
Ta có: \(P = {P_R} + P' = \frac{{{U^2}}}{{{{(R + r)}^2} + {{\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}^2}}}(2R + r)\) \( \Rightarrow P = \frac{{{U^2}}}{{{{(R + 30)}^2} + {{20}^2}}}(2R + 30)\)
\( \Rightarrow P = \frac{{{U^2}}}{{{R^2} + 60R + 1300}}2(R + 15)\)
\( \Rightarrow P = \frac{{{U^2}}}{{\left( {{R^2} + 30R + {{15}^2}} \right) + 30(R + 15) + 625}}2(R + 15)\)
\( \Rightarrow P = \frac{{2{U^2}}}{{(R + 15) + \frac{{625}}{{R + 15}} + 30}}\)
Ta có: \({P_{\max }}\;khi\;{\left[ {(R + 15) + \frac{{625}}{{(R + 15)}}} \right]_{\min }}\)
Lại có: \((R + 15) + \frac{{625}}{{R + 15}} \ge 2\sqrt {(R + 15)\frac{{625}}{{(R + 15)}}} = 50\)
Dấu = xảy ra khi \((R + 15) = \frac{{625}}{{R + 15}} \Rightarrow R = 10\Omega \)
Từ đồ thị ta có: \(\frac{{{R_1}}}{R} = \frac{7}{5} \Rightarrow {R_1} = \frac{7}{5}R = \frac{7}{5}.10 = 14\Omega \)
Khi \(R = {R_1} = 14\Omega :\)
+ Tổng trở: \(Z = \sqrt {{{\left( {{R_1} + r} \right)}^2} + {{\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}^2}} = \sqrt {{{(14 + 30)}^2} + {{20}^2}} = 4\sqrt {146} \Omega \)
+ Hệ số công suất trên cuộn dây: \(\cos {\varphi _d} = \frac{r}{Z} = \frac{{30}}{{4\sqrt {146} }}\)
+ Hệ số công suát trên mạch: \(\cos \varphi = \frac{{{R_1} + r}}{Z} = \frac{{14 + 30}}{{4\sqrt {146} }}\)
Tổng hệ số công suất trên cuộn dây và trên mạch: \(\frac{{30}}{{4\sqrt {146} }} + \frac{{44}}{{4\sqrt {146} }} = 1,531\)
Câu trả lời của bạn
Chu kì dao động: \(T = \frac{1}{f} = 0,2s\)
Gọi M1, M2 lần lượt là hình chiếu của M trên mặt nước và trên đáy bể.
Ta có: M1 và M2 đều dao động điều hòa với phương trình: \(x = 5\cos \left( {10\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)cm\) (do tại thời điểm ban đầu M ở điểm cao nhất)
Khoảng thời gian ánh sang truyền từ điểm M đến đáy bể:
Trong 1 chu kì, điểm sáng dưới đáy bể qua vị trí \({\rm{x}} = - 2{\rm{cm}}\) 2 lần
\( \Rightarrow {t_{2020}} = \frac{{2020}}{2}T = 202s\)
Mặt khác: \({t_1} = \frac{{\Delta \varphi }}{\omega }\)
Lại có: \(\cos \Delta \varphi = \left| {\frac{{ - 2}}{5}} \right| = \frac{2}{5} \Rightarrow \Delta \varphi = 1,159rad\)
\( \Rightarrow {t_1} = \frac{{\Delta \varphi }}{\omega } = 0,0369s \Rightarrow t = {t_{2020}} + {t_1} = 202,036s\)
0 Bình luận
Để lại bình luận
Địa chỉ email của hạn sẽ không được công bố. Các trường bắt buộc được đánh dấu *