_____________________________________________________________________________ - 3 -
LỜI NÓI ĐẦU

Nhằm giúp các bạn học sinh và giáo viên ban Khoa Học tự nhiên (THPT) có
tài liệu ôn luyện về phần Lượng tử ánh sáng - bộ môn Vật Lý để chuẩn bị cho kỳ
thi học kỳ, cuối năm và nhất là kỳ thi Tốt nghệp THPT và kỳ thi tuyển sinh váo
các trường Đại học, Cao đẳng. Chúng tôi - những tác giả nghệp dư hợp tác với
nhau biên soạn tập tài liệu (CÊMINA): Lượng Tử Ánh Sáng.
Tập tài liệu này được biên soạn theo chương trình giáo dục Trung Học Phổ
Thông, môn Vật Lý 12. Để đáp ứng được sự chặt chẽ của phần Lượng Tử Ánh
Sáng, chúng tôi chia nội dung cuốn sách được thành 3 phần.
Phần 1: Kiến thức cơ bản và nâng cao.
Tóm tắt các kiến thức trong chương trính SGK và một số sách tham khảo với
mức độ cần đạt ghi trong chương trình. Các kiến thức này rất cần thiết cho việc
học sinh ôn tập để làm bài, nhất là các bài thi trắc nghiệm.
Phần 2: Các dạng bài tập và phƣơng pháp giải.
Nêu ra các dạng bài tập căn bản và nâng cao, hướng dẫn phương pháp giải với
nhiều ví dụ áp dụng cho từng dạng. Đây là phần quan trọng bởi các phương pháp
giải toán Vật Lý - Lượng Tử Ánh Sáng đếu được chúng tôi nói đến trong phần này.
Phần 3: Các bài tập ôn luyện.
_____________________________________________________________________________ - 4 -
Phần này bao gồm các bài tập tự luận, trắc nghệm để bạn đọc ôn tập. Trong
phần này chúng tôi sẽ tham khảo thêm các đề thi của Bộ GD-ĐT và một số trường.
Chúng tôi hi vọng tập tài liệu (CÊMINA) "Vật Lý 12 - Lượng Tử Ánh
Sáng" sẽ là tài liệu thiết thực và bổ ích, giúp cho các bạn học sinh và các thầy cô

+) Các electron bị bật ra khỏi bề mặt kim loại gọi là quang electron.
2. Tế bào quang điện.
+) Tế bào quang điện là một bình I
thạch anh đã hút hết không khí (tế bào
quang điện chân không), bên trong có
hai điện cực anôt A và catôt K. Nối I
bh

anôt A với cực dương của nguồn điện,
catôt K với cực âm va chiếu vào catôt
chùm sáng có bứơc sóng ngắn thì xảy
ra hiện tượng quang điện và trong mạch
_____________________________________________________________________________ - 6 -
xuất hiện dòng quang điện với cường độ I.
+) Khi U
AK

U
1
thì I giữ giá trị không đổi
I
bh
, gọi là cường độ - U
h
O U
i
U

lượng tử năng lượng, ký hiệu bằng chữ ε, có giá trị:
ε = hf
_____________________________________________________________________________ - 7 -
trong đó:f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được pháp xạ ra,
h là một hằng số gọi là hằng số Plăng.
h = 6,625.10
-34
(J.s)
b. Thuyết phôtôn.
+) Chùm ánh sáng là một chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn
có năng lượng xác định ε = hf (f là tần số của sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng).
Cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong vòng 1 giây.
+) Phân tử, nguyên tử, êlecteron…phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghĩa là
chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn.
+) Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ ánh sáng. Năng lượng của mỗi
phôtôn rất nhỏ. Một chùm sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều phôtôn do rất nhiều
nguyên tử, phân tử thoát ra. Vì vậy ta nhìn thấy chùm sáng liên tục.
5. Công thức Anh- xtanh về hiện tượng quang điện.
hf = h
2
2
max0
mv
A
c



Số phô tôn tới đập vào mặt kim loại
6. Tia Rơn-ghen (tia X).
Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơn-ghen phát ra từ ống Rơn-ghen:
λ
x
= λ
min
, với λ
min
=
đ
W
hc
.
W
đ
là động năng của các electron khi tới đập vào các catôt:
W
đ
=
eU
mv

2
2
.
U là hiệu điện thế giữa anôt và catôt của ống Rơn-ghen.

7. Hiện tượng quang điện trong.
Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng tạo thành các êlectron và lỗ trống

 Hiện tượng quang điện:
- Phương trình Anh-xtanh ε = hf =
2
2
max0
mv
A

- Giới hạn quang điện λ
0
=
A
hc
.
- Hiệu điện thế hãm
2
max0
2
1
mveUUe
hAK

.
 CHÚ Ý: Đơn vị năng lượng thường dùng là electron-vôn (eV)
1eV = 1,6.10
-19
J.

Ví dụ 1.1: Tính năng lượng, động lượng và khối lượng của photôn ứng với các bức
xạ điện từ sau đây:
- Động lượng:
ρ =
)/.(10.72,8
28
smkg
c



.
- Khối lượng:
m =
2
c

= 2,9.10
-36
(kg).
b) Sóng vô tuyến có λ = 500 m.
Tương tự, ta có:
- Năng lượng:
ε = hf =
)(10.975,3
28
J


- Động lượng:

smkg
c



.
- Khối lượng:
m =
2
c

= 0,94.10
-31
(kg).

Ví dụ 1.2: Catot của tế bào quang điện làm bằng đồng, công thoát khỏi đồng là
4,47 eV.
Cho biết: h = 6,625.10
-34
(J.s) ; c = 3.10
8
(m/s) ; e = 1,6.10
-19
(C).
a. Tính giới hạn quang điện của đồng.
b. Chiếu đồng thời 2 bức xạ điện từ có bước sóng λ
1
= 0,210 (μm) và
λ
2

λ
1
< λ
0
< λ
2
do đó chỉ có λ
1
gây

ra hiện tượng quang điện.
Điều kiện để dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn:

maxđhAK
WeUUe 
.
)(446,1
1
max
VA
hc
ee
W
U
đ
h





max
của quả cầu bằng đồng.
Khi chiếu bức xạ có bước sóng λ đến quả
cầu bằng đồng cách ly với các vật khác,
các êlectron quang điện được bứt ra khỏi
quả cầu, điện tích dương của quả cầu tăng
dần nên điện thế V của quả cầu
tăng dần ( Hình 1.2) .
Điện thế V đạt giá trị cực đại khi các
êlectron quang điện bứt ra khỏi quả
cầu đều bị điện trường kéo trở lại. + +
Định lý động năng : + + v
0maxmax
2
0
2
1
eVA
hc
hayeVmv 

+ +
Suy ra : V
max
=
)(402,4 V
e

hc




.
Và: v'
0
=
)/(10.027,1
'2
6
max
sm
m
eV
e

.

D¹ng 2: C«ng suÊt vµ hiÖu suÊt cña hiÖn t-îng quang
®iÖn.

 Công suất của nguồn : P = n
λ
.ε.
(n
λ
là số photon tương ứng với bức xạ λ phát ra trong 1 giây).
 Cường độ dòng điện bão hoà : I

-19
(C).
a) Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện.
b) Biết rằng các electron thoát ra đều bị hút về anot, cường độ dòng quang điện
bão hoà bằng 0,7 mA. Tính số electron thoát ra khỏi catot tronh mỗi giây. Hướng dẫn
Ta co:
2
max0
2
1
mvUe
AK

.

Phương trình Anh-xtanh :

hc
=
2
2
max0
mv
A
= A + eU
h
.






















.
_____________________________________________________________________________ - 16 -


(5,0
A
hc
μm).
b) Tính v
0
.
Phương trình Anh-xtanh :

hc
=
2
2
max0
mv
A
.
Suy ra
 
smA
hc
m
v
e
/10.84,5
2
5
max0



P
.


n
n
H
e

do đó
29,0
.


He
hcI
P
bh
(W). D¹ng 3: øng dông cña hiÖn t-îng quang ®iÖn ®Ó tÝnh
c¸c h»ng sè h, e, A.

 Áp dụng các công thức:
- Năng lượng của phôtôn : ε = hf = h

c
.
- Phương trình Anh-xtanh : ε =

8
(m/s) ; -e = -1,6.10
-19
(C). Tính tần
số của chùm ánh sáng tới kim loại.

Hướng dẫn
Các êlectron quang điện bị giữ lại hoàn toàn không qua được anot nên :
2
max0
2
1
mveUUe
hAK


Phương trình Anh-xtanh : hf = A +
2
max0
2
1
mv
.
Hay hf = eU
h
+ A = eU
h
+
0

- 19 -
bức xạ có bước sóng giảm 0,05 (μm) thì hiệu điện thế hãm tăng 0,59 (V). Tính
điện tích của êlectron quang điện.
Cho biết : h = 6,625.10
-34
(J.s) ; c = 3.10
8
(m/s).

Hướng dẫn

Ta có

hc
=
2
2
max0
mv
A
= A + eU
h
( Phương trình Anh-
xtanh)
Theo điều kiện bài toán:




hc
e













. Vý dụ 1.8: Lần lượt chiếu hai bức xạ có bước sóng λ
1
= 0,405 (μm), λ
2
= 0,436
(μm) vào bề mặt của một kim loại và đo hiệu điện thế hãm tương ứng U
h1
= 1,15
_____________________________________________________________________________ - 20 -









)( UUeA
hc
eUA
hc
h
h



Suy ra :
 
)(92,1
11
2
1
21
21
eVUUehcA
hh




. (v là vận tốc êlectron đập vào catôt) .
 Công của lực điện :
_____________________________________________________________________________ - 21 -
2
2
1
mvve 

.
Ví dụ 1.9: Trong một ống Rơn-ghen. Biết hiệu điện thế giữa anôt va catôt là
U = 2.10
6
(V). Hãy tìm bước sóng nhỏ nhất λ
min
của tia Rơn- ghen do ống phát
ra? Hướng dẫn

Ta có : E
đ
=
2
2
1
mv

Vậy :
_____________________________________________________________________________ - 22 -
λ
min
=
)(62,0)(10.62,0
10.3.10.6,1
10.3.10.625,6
12
819
834
pmm 



.
 Trạng thái dừng.
_____________________________________________________________________________ - 24 -
- Nguyên tử chỉ tồn tại trong những trạng thái có năng lượng xác định
E
n
gọi là các trạng thái dừng.
- Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử khong bức xạ hoặc hấp thụ năng
lượng.
- Trong trạng thái dừng, êlectron chuyển động quanh hạt nhân theo các
quỹ đạo dừng có bán kính r = r
0
.n
2
, với r
0
= 0,53 Ǻ là bán kính quỹ đạo K
(gần hạt nhân nhất), n là số nguyên.
 Bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử.
- Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng cao E
m
sang
trạng thái dừng có năng lượng thấp E
n
< E
m
nó phát ra một phôtôn có năng
lượng ε = E

2. Quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô.
 Quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử hiđrô
- Dãy Lai-man có các vạch trong vòng tử ngoại.
- Dãy Ban-me có các vạch trong vòng tử ngoại và một số vạch trong miền
ánh sáng thấy được; vạch đỏ (H
α
), vạch lam (H
β
), vạch chàm (H
γ
), vạch tím
(H
δ
).
- Dãy Pa-sen có các vạch trong miền hồng ngoại. P
O
N

M _____________________________________________________________________________
- 27 -
 Các hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ… ánh sáng thể hiện bản chất sóng. Các
hiện tượng quang điện… ánh sáng thể hiện bản chất hạt. Vậy ánh sáng có
lưỡng tính sóng - hạt.
 Tính chất sóng thể hiện rõ với ánh sáng có bước sóng dài, tính chất hạt mờ
nhạt.

 Tính chất hạt thể hiện rõ với ánh sáng có bước sóng ngắn, tính chất hạt mờ
nhạt.

B. CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI.
D¹ng 1: MÉu nguyªn tö Bo.
 Năng lượng của nguyên tử gồm đọng năng của êlectron cà thế năng
tương tác giữa êlectron và hạt nhân.
- Năng lượng của nguyên tử hiđrô :
E
n
=
)(
6,13
2
eV
n

n là lượng tử số
n = 1, 2, 3,… ứng với K, L, M…