Phần 4 : LƯNG TỬ ÁNH SÁNG
I. Tóm tắt lý thuyết :
30. HIỆN TƯNG QUANG ĐIỆN. THUYẾT LƯNG TỬ ÁNH SÁNG
* Thí nghiệm Hecxơ về hiện tượng quang điện
Chiếu ánh sáng do một hồ quang phát ra vào một tấm kẻm tích điện âm thấy tấm kẻm mất điện tích âm.
Nếu tấm kẻm tích điêïn dương thì khi chiếu ánh sáng hồ quang vào nó không bò mất điện dương.
Hiện tượng cũng xảy ra tương tự với tấm kim loại khác như đồng, nhôm, bạc, … .
Nếu dùng tấm thuỷ tinh không màu chắn không cho tia tử ngoại của hồ quang đến tấm kim loại thì nó không bò mất điện tích âm.
Vậy: Khi chiếu một chùm ánh sáng thích hợp (có bước sóng ngắn) vào mặt một tấm kim loại thì nó làm cho các electron ở mặt kim loại
đó bò bật ra, đó là hiện tượng quang điện. Các electron bò bật ra gọi là các electron quang điện.
* Thí nghiệm với tế bào quang điện
Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn thích hợp vào catôt của tế bào quang điện, thì trong mạch sẽ xuất hiện dòng điện gọi là dòng
quang điện.
Dòng quang điện là dòng chuyển dời có hướng của các electron bật ra khỏi catốt chạy sang anốt.
- Với mỗi kim loại dùng làm catốt, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ nhỏ hơn một bước sóng giới hạn λ
o
nào đó thì mới gây được
hiện tượng quang điện.
- Cường độ dòng quang điện bảo hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng chiếu vào catốt.
- Để làm triệt tiêu dòng quang điện ta phải đặt vào giữa anôt và catôt một hiệu điện thế âm U
h
nào đó gọi là hiệu điện thế hãm. U
h
không phụ thuộc cường độ chùm sáng, mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng chùm sáng chiếu vào catôt và bản chất kim loại làm catôt.
31. HIỆN TƯNG QUANG ĐIỆN BÊN TRONG
* Hiện tượng quang dẫn và hiện tượng quang điện bên trong
+ Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng điện trở của chất bán dẫn bò giảm mạnh khi bò chiếu sáng.
+ Trong hiện tượng quang dẫn, ánh sáng kích thích sẽ giải phóng các electron liên kết thành electron chuyển động tự do trong khối bán
dẫn. Mặt khác mỗi electron bò bứt ra lại tạo ra một lổ trống tích điện dương tham gia trong quá trình dẫn điện. Do đó chất bán dẫn bò chiếu
sáng bằng ánh sáng thích hợp sẽ trở thành dẫn điện tốt.
+ Hiện tượng giải phóng các electron liên kết để cho chúng trở thành các electron dẫn gọi là hiện tượng quang điện bên trong.

>
33. MẪU NGUYÊN TỬ CỦA BOHR
* Mẫu nguyên tử của Bohr
+ Hai tiên đề của Bohr.
Nguyên tử chỉ tồn tại trong những trạng thái có năng lượng xác đònh, gọi là trạng thái dừng. Trong các trạng thái dừng, nguyên tử không
bức xạ năng lượng.
Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng E
m
sang trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn E
n
thì nguyên tử phát ra một
phôtôn có năng lượng: ε = hf
mn
=
mn
hc
λ
= E
m
- E
n
. Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng thấp E
n
mà hấp thụ một
phôtôn có năng lượng hf
mn
đúng bằng hiệu E
m
- E
n

- Dãy Pasen gồm các vạch ở vùng hồng ngoại.
+ Giải thích
- Nguyên tử hiđrô có một electron quay xung quanh hạt nhân. Bình thường electron chuyển động trên quỹ đạo K là quỹ đạo gần hạt
nhân nhất, có mức năng lượng thấp nhất.
- Khi nhận được năng lượng kích thích, electron chuyển lên quỹ đạo có mức năng lượng cao hơn, đó là các quỹ đạo L, M, N, O, P, … .
Nhưng electron ở các quỹ đạo ngoài này trong thời gian rất ngắn. Sau đó chuyển về các quỹ đạo bên trong và phát ra các phôtôn có tần số
f thỏa mãn hệ thức: hf =
λ
hc
= E
cao
- E
thấp
- Mỗi phôtôn có tần số f ứng với một sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ xác đònh. Mỗi ánh sáng đơn sắc cho một vạch quang phổ có
màu nhất đònh. Vì vậy quang phổ của hiđrô là quang phổ vạch.
- Khi electron từ các quỹ đạo ngoài
Nhảy về quỹ đạo K thì sẽ phát ra các phô tôn ở dãy Lyman.
Nhảy về quỹ đạo L thì sẽ phát ra các phô tôn ở dãy Banme.
Nhảy về quỹ đạo M thì sẽ phát ra các phô tôn ở dãy Pasen.
Khi ánh sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác thì vt của ánh sáng thay đổi nên bước sóng ánh sáng
thay đổi còn năng lượng của phôtôn không đổi nên tần số của phôtôn ánh sáng không đổi.
34. SƠ LƯC VỀ LAZE .
I. .cấu tạo và hoạt động của laze.
1. Laze là gì?
Có thể nói: Laze là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng
Chùm bức xạ phát ra cũng được gọi là chùm tia laze. Tia laze có các đặc điểm: Có tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp rất cao
và cường độ lớn.
2.Sự phát xạ cảm ứng
Nếu một ngun tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phơtơn có năng lượng
hf

c
hfh ..
==
ε
: năng lượng của prôtôn ; f : tần số của bức xạ đơn sắc (Hz)

f
c
=
λ
: bước sóng ánh sáng (m) c = 3.10
8
m/s vt ánh sáng ; h = 6,625.10
-34
J.s : hằng số Plank
1) Tìm điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện và công thoát của electrôn :
- Điều kiện xảy ra quang điện :
)(
00
A
hc
=≤
λλλ
- Từ công thức
0
0
λ
λ
hc
A

ε
λλ
ε
Với E
đmax
: động năng ban đầu cực đại của e (J) V
0max
: vt ban đầu cực đại của e (m/s)
3) Tìm điều kiện triệt tiêu dòng quang điện (hiệu điện thế hãm) :
e
Ahf
e
mV
UU
AKh
−
===
2
2
0
với e = 1,6.10
-19
C. Lưu ý: 1eV = 1,6.10
-19
J ; 1MeV = 1,6.10
-13
J
Đơn vò độ phóng xạ là Beccơren (Bq) hay Curi (Ci): 1 Bq = 1phân rã/giây ; 1Ci = 3,7.10
10
Bq.

phản xạ.Thời gian kéo dài của một xung là ז = 100 ns
Khoảng thời gian giữa thời điểm phát và nhận xung là 2,667s. Năng lượng của mỗi xung ánh sáng là W
o
= 10 kJ
a) Tính khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng lúc đo.
b) Tính cơng suất của chùm laze
c) Tính số phơtơn chứa trong mỗi xung ánh sáng.
d) Tính độ dài của mỗi xung ánh sáng.
Lấy c = 3.10
8
m/s; h = 6,625.10
-34
J.s
H ướ ng d ẫ n gi ả i :
1. a) Gọi L là khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng; c = 3.10
8
m/s là tốc độ ánh sáng; t là thời gian để ánh sáng đi về giữa Trái Đất và
Mặt Trăng.
Ta có: 2L = ct =>
m
ct
L
8
8
10.4
2
10.3.667,2
2
===
= 400000 km

hf
W
N
λ
(hạt)
d) Gọi I là độ dài của một xung ánh sáng, ta có:
l= c.
τ
=3.10
8
.100.10
-9
= 30 m
IV. Bài tập tự luận tự giải :
1. Chiếu lần lượt hai bức xạ có bước sóng λ
1
= 0.25µm và λ
2
= 0,30µm vào kim loại thì vt ban đầu cực đại của e quang điện lần lượt là
v
01
= 7,35.10
5
m/s và v
02
= 5.10
5
m/s.
a/ Tìm khối lượng của electron.
b/ Xác đònh giới hạn quang điện của kim loại đó.

0
.
b/ Chiếu ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 0,39µm đến 0,76µm thì hiệu điện thế hãm là bao nhiêu để cường độ dòng quang điện
bằng không.
4. Chiếu lần lượt hai bức xạ có bước sóng 0,25µm và 0,30µm vào kim loại thì vt ban đầu cực đại của e quang điện lần lượt là
7,31.10
5
m/s và 4,93.10
5
m/s. Tìm khối lượng của electron và giới hạn quang điện của kim loại đó.Đáp số : 0,36µm
5. Catôt của một tế bào quang điện làm bằng Xêđi là kim loại có công thoát êlectrôn A = 2eV, được chiếu bởi bức xạ có bước sóng
0,3975µm.
a/ Tính động năng ban đầu cực đại của e quang điện và hiệu điện thế hãm U
AK
đủ hãm dòng quang điện.
b/ Cho cđdđ bão hòa I
0
= 2µA và hiệu suất quang điện H = 0,5%. Tính số phôtôn tới catôt trong mỗi giây
Cho h = 6,625.10
−
34
J.s ; c = 3.10
8
m/s ; e= 1,6.10
−
19
C.
Đáp số : a/ 1,8.10
−
19

h2
có giá trò bằng bao nhiêu ? Tính tỉ số vt ban đầu cực đại của êlectrôn quang điện trên hai trường hợp
trên.
8. Khi chiếu bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,1854µm vào tế bào quang điện thì hiệu điện thế hãm là U
AK
= − 2V.
a/ Xác đònh giới hạn quang điện của kim loại làm catôt.
b/ Nếu chiếu vào catôt của tế bào quang điện đó bức xạ có bước sóng λ' =
2
λ
và vẫn duy trì hiệu điện thế U
AK
= − 2V thì động
năng cực đại của các quang êlectron khi bay đến anôt là bao nhiêu?Cho h = 6,625.10
−
34
J; c = 3.10
8
m/s ; e = 1,6.10
−
19
C.
Đáp số : a. 0,2643µm ; b. 1,072.10
−
18
J.
9. Catôt tế bào quang điện bằng kim lọai có công suất 2,07eV. Chiếu ánh sáng trắng có λ từ 0,41 µm đến 0,75µm vào catôt.
a/ Chùm ánh sáng trên có gây ra hiện tượng quang điện không?
b/ Tìm vt cực đại của e và vt của e đến anôt khi U
AK

= + 5V. Tính động năng ban đầu cực đại của e quang điện khi tới anôt.
Cho h = 6,625.10
−
34
H.s ; c = 3.10
8
m/s; e = 1,6.10
−
19
C.
12. Công suất của e quang điện khỏi đồng là 4,47eV. Tìm giới hạn quang điện của đồng.
13. Catôt của tế bào quang điện được phủ một lớp xêdi, có công thóat là 1,9eV. Catốt được chiếu sáng bằng bức xạ có bước sóng 0,56µm.
a/ Tìm giới hạn quang điện của xêdi.
b/ Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các electron quang điện và hướng nó vào một từ trường
B
vuông góc với
max
v
của
electron và B = 6,1.10
−
5
T. Xác đònh bán kính cực đại của quỹ đạo electron đi trong từ trường.
V. Bài tập trắc nghiệm tự giải :
CÂU 1: Công thoát electron ra khỏi kim loại A = 6,625.10
-19
J, hằng số Plăng h = 6,625.10
-34
Js, vận tốc ánh sáng trong chân không c =
3.10

. .khi chiếu vào bề mặt kim loại đó chùm bức xạ có
bước sóng λ =
2
o
λ
thì động năng ban đầu cực đại của electron quang điện bằng
A. A
o
. B. 2A
o
. C.
4
3
A
o
. D.
2
1
A
o
.
CÂU 5: . Công thoát electron của một kim loại là A = 4eV. Giới hạn quang điện của kim loại này là
A. 0,28µm. B. 0,31µm. C. 0,35µm. D. 0,25µm.
47. Năng lượng của một phôtôn được xác đònh theo biểu thức
A. ε = hλ. B. ε =
λ
hc
. C. ε =
h
c

J. D. 13,25.10
-19
J.
CÂU 10: Sự phát sáng của vật nào dưới đây là sự phát quang?
A. Tia lửa điện. B. Hồ quang. C.Bóng đèn ống. D.Bóng đèn pin.
CÂU 11 / Tia laze khơng có đặc điểm nào sau đây :
A.Độ đơn sắc cao B. Độ định hướng cao C.Cường độ lớn D.Cơng suất lớn
CÂU 12. Trong laze rubi có sự biến đổi dạng năng lượng nào dưới đây thành quang năng :
A. Điện năng B. Nhiệt năng. C. Cơ năng. D. Quang năng
CÂU 13: chọn câu đúng : chùm sáng do laze rubi phát ra có màu
A. Trắng. B. Xanh. C. Đỏ. D. Vàng.
CÂU 14: Bút laze mà ta thuờng dùng để chỉ bảng thuộc loại laze nào?
A. Khí. B. Lỏng. C. Rắn. D. Bán dẫn.
CÂU 15: Màu đỏ của rubi do ion nào phát ra?
A. ion nhôm B. ion Ôxi C. ion crôm D. ion khác