ễn luyn kin thc mụn Vt lý lp 12
Chơng 7 - Lợng tử ánh sáng.
I. Hệ thống kiến thức trong ch ơng:
1. Hiện tợng quang điện: (ngoài) Khi chiếu một chùm ánh sáng có bớc sóng thích hợp vào một tấm kim loại thì làm cho
các electron ở mặt kim loại bị bứt ra, đó là hiện tợng quang điện (ngoài).
* Hiện tợng quang điện trong: là hiện tợng êléctron liên kết đợc giải phóng thành êléctron dẫn trong chất bán dẫn khi
có ánh sáng thích hợp chiếu vào.
+ Giống nhau: đều có sự giải phóng êléctron khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.
+ Khác nhau: hiện tợng quang điện ngoài: êléctron ra khỏi khối chất, năng lợng giải phóng êléctron lớn; hiện tợng
quang điện trong: êléctron vẫn ở trong khối chất, năng lợng giải phóng êléctron nhỏ, có thể chỉ cần tia hồng ngoại.
2. Các định luật quang điện:
a. Định luật 1: Hiện tợng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bớc sóng nhỏ hơn, hoặc
bằng bớc sóng
0
.
0
đợc gọi là giới hạn quang điện của kim loại:
0
.
b. Định luật 2: Đối với mỗi ánh sáng thích hợp (
0
) cờng độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cờng độ chùm
sáng kích thích.
c. Định luật 3: Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện không phụ thuộc cờng độ chùm sáng kích
thích mà chỉ phụ thuộc vào bớc sóng ánh sáng kích thích và bản chất kim loại.
3. Thuyết lợng tử ánh sáng.
a) Giả thuyết lợng tử năng lợng của Plăng: (1900)
Năng lợng bức xạ đợc phát ra không thể có giá trị liên tục bất kì, mà bao giờ cũng là một bội số nguyên của một năng
lợng nguyên tố, đợc gọi là lợng tử năng lợng.
Nếu bức xạ có tần số f (bớc sóng ) thì giá trị một lợng tử năng lợng tơng ứng bằng:


o
0
hc
A
A
hc

==>=
+ Hiệu điện thế hãm: U
h
và động năng cực đại của êlectron:
2
max0h
v.m
2
1
eU
=
.
+ Công suất chùm sáng: P = N
P
.; N
P
: số photon ánh sáng trong môt giây.
+ Cờng độ dòng quang điện bào hoà: I
bh
= N
e
.e; N
e

min
W
hc
đ
=

.
5. Các hằng số: + h = 6,625.10
-34
J.s.
+ c = 3.10
8
m/s.
+ m
e
= 9,1.10
-31
kg.
+ e = 1,6.10
-19
C.
+ 1eV = 1,6.10
-19
J.
6. Hiện tợng quang điện cũng đợc ứng dụng trong các tế bào quang điện, trong các dụng cụ để biến đổi các tín hiệu ánh
sáng thành tín hiệu điện.
7. Hiện tợng quang dẫn là hiện tợng giảm mạnh điện trở của các bán dẫn khi bị chiếu sáng.
Trong hiện tợng quang dẫn, ánh sáng dã giải phóng các electron liên kết để tạo thành các electron dẫn và lỗ trống tham
gia quá trình dẫn điện. Hiện tợng này là hiện tợng quang điện trong. Hiện tợng quang dẫn, hiện tợng quang điện trong đợc
ứng dụng trong các quang điện trở, pin quang điện.

a. Tiên đề 1: Nguyên tử chỉ tồn tại trong các trạng thái có năng lợng xác định gọi là trạng thái dừng. Khi ở trạng thái
dừng, nguyên tử không bức xạ.
b. Tiên đề 2: Khi chuyển từ trạng thái dừng có mức năng lợng
E
m
sang trạng thái mức năng lợng E
n
< E
m
thì nguyên tử phát ra
phôtôn có tần số f tính bằng công thức:
E
m
- E
n
= hf
nm
với h là hằng số Plăng.
Ngợc lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng E
n
mà hấp thụ
đợc một phôtôn có năng lợng hf đúng bằng hiệu E
m
- E
n
, thì nó
chuyển sang trạng thái dừng có năng lợng E
m
cao hơn.
* Mẫu nguyên tử Bo giải thích đợc quang phổ vạch của hiđrô

ứng với các mực năng lợng.
13. ánh sáng có lỡng tính chất sóng - hạt.
Tính chất sóng thể hiện rõ với ánh sáng có bớc sóng dài, còn tính chất hạt thể hiện rõ với ánh sáng có bớc sóng ngắn.
II Bài tập mẫu:
Bài 1. Chiếu một chùm ánh sáng có bớc sóng = 0,489àm vào một tấm kim loại kali dùng làm câtốt của tế bào quang
điện . Biết công thoát của kali là 2,15 eV .
a/ Tìm giới hạn quang điện của kali ?
b/ Tìm vận tốc cực đại của êléctrôn quang điện ra khỏi catốt ?
c/ Tìm hiệu điện thế hãm ?
d/ Biết I
bh
= 5 mA . công suất chùm tia chiếu vào katốt là 1,25 W và có 50% chiết vào ca tốt . Tìm hiệu suất l ợng
tử ?

P
O
N
M
L
K
K
Lai-man Ban-me Pa-sen
Giải :
a/ Ta có
0
= hc/A . Thay số :
0
= 0,578 àm .
b/ Từ công thức Anhxtanh suy ra : v
max

=








A
hc
e
1
= 0,39 V
d/ Năng lợng mỗi phôtôn là : = hf =

hc
= 4,064.10
19
J
Số phô tôn bật ra trong mỗi giây là : N = P/ = 3,10.10
18
( hạt )
Cờng dộ dòng quang điện bão hoà : I
bh
= ne với n là số êléctrôn thoát ra khỏi kim loại . Vì ta tính trong một đơn vị
thời gian nên : n = I
bh
/e = 3,12.10
16

0
=
A
hc
= 1,04.10
6
m = 1,04 àm
Muốn hiện tợng quang điện sẩy ra thì bớc sóng ánh sáng kích thích thoả mãn điều kiện <
0

Với
1
: ta thấy
1
>
0
nên hiện tợng quang điện không xẩy ra . Với
2
<
0
nên hiện tợng quang điện sẩy ra . Lúc đó :
2
mv
2
max0
=

hc
A = 1,79.10
19

eU
hc
= 2,56.10
10
m .
b/ Số êléctrôn đập vào đối catốt trong mỗi giây : n = I/e = 10
16
(hạt/s).
Từ công thức W
đ
= eU = mv
2
/2 => v =
m/eU2
= 4,1.10
7
(m/s)
Bài 4. Trong nguyên tử Hyđô bán kính quỹ đạo dừng và năng lợng của êléctrôn trên quỹ đạo đó tính theo công thức : r
n
=
r
0
.n
2
(A
0
) và E = - E
0
/n
2

2
(A
0
) => r
2
= 4r
0
= 2,12 A
0
; r
3
= 9r
0
= 4,76 A
0
. Lực tơng tác hạt nhân và êléctrôn
trong nguyên tử là : F = ke
2
/r
2
với k = 9.10
9
. Vì chuyển động tròn đều nên F là lực
hớng tâm : F = ma = mv
2
/r . Suy ra : ke
2
/r
2
= mv





22
1
2
1
n
với n = 3 ,4 ,5 . . . Hai bớc sóng giới hạn của dẫy banme ứng với n = 3 & n =
Bớc sóng thứ nhất : thay n = 3 ta đợc : hc/
1
= 5E
0
/36 =>
1
= 36hc/E
0
= 0,657.10
6
m
Tơng tự : hc/
2
= E
0
/4 =>
2
= hc/E
0
= 0,365.10

= (E
5
E
2
) (E
3
E
2
)
Vạch thứ ba : hc/
3
= E
6
E
3
= (E
6
E
2
) (E
3
E
2
)
Mà (E
3
E
2
) = hc/


1
=>
321
111



=

=>




=
.
1
= 1,875 àm .
Tơng tự :




=
.
2
= 1,282 àm .




7.6. Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về hiện tợng quang điện?
A) Là hiện tợng hiện tợng êlectron bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó.
B) Là hiện tợng hiện tợng êlectron bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại khi tấm kim loại bị nung nóng.
C) Là hiện tợng hiện tợng êlectron bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại bị nhiễm điện do tiếp xúc với một vật nhiễm điện
khác.
D) Là hiện tợng hiện tợng êlectron bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại do bất kỳ nguyên nhân nào khác.
7.7. Phát biểu mào sau đây là sai khi nói về thuyết lợng tử ánh sáng?
A) Những 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) Chùm sáng là dòng hạt, mỗi hạt là một phôtôn.
C) Năng lợng của các phôtôn ánh sáng là nh nhau, không phụ thuộc vào bớc sóng ánh sáng.
D) Khi ánh sáng truyền đi, các lợng tử ánh sáng không bị thay đổi, không phụ thuộc khoảng cách tới nguồn sáng.
7.8. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện.
A) Động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện không phụ thuộc vào cờng độ chùm sáng kích thích.
B) Động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện phụ thuộc vào bớc sóng của ánh sáng kích thích.
C) Động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện không phụ thuộc vào bản chất của kim loại làm catôt.
D) Động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện phụ thuộc vào bản chất của kim loại làm catôt.
7.9. Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Hiện tợng quang điện là hiện tợng electron bị bứt ra khỏi kim loại khi chiếu vào kim loại ánh sáng thích hợp.
B. Hiện tợng quang điện là hiện tợng electron bị bứt ra khỏi kim loại khi nó bị nung nóng.
C. Hiện tợng quang điện là hiện tợng electron bị bứt ra khỏi kim loại khi đặt tấm kim loại vào trong một điện trờng
mạnh.
D. Hiện tợng quang điện là hiện tợng electron bị bứt ra khỏi kim loại khi nhúng tấm kim loại vào trong một dung dịch.
7.10. Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc vào một tấm kẽm có giới hạn quang điện 0,35m. Hiện tợng quang điện sẽ không
xảy ra khi chùm bức xạ có bớc sóng
A. 0,1 àm; B. 0,2 àm; C. 0,3 àm; D. 0,4 àm
7.11. Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là
A. Bớc sóng dài nhất của bức xạ chiếu vào kim loại đó mà gây ra đợc hiện tợng quang điện.
B. Bớc sóng ngắn nhất của bức xạ chiếu vào kim loại đó mà gây ra đợc hiện tợng quang điện.
C. Công nhỏ nhất dùng để bứt electron ra khỏi bề mặt kim loại đó.

thì cờng độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cờng độ chùm ánh
sáng kích thích.
C. Hiệu điện thế hãm phụ thuộc vào bớc sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại dùng làm catôt.
D. Hiệu điện thế hãm phụ thuộc vào cờng độ của chùm ánh sáng kích thích.
7.16. Chiếu lần lợt hai chùm bức xạ đơn sắc có bớc sóng
1
và
2
vào catôt của
một tế bào quang điện thu đợc hai đờng đặc trng V - A nh hình vẽ 7.16. Kết luận
nào sau đây là đúng?
A. Bớc sóng của chùm bức xạ 2 lớn hơn bớc sóng của chùm bức xạ 1
B. Tần số của chùm bức xạ 1 lớn hơn tần số của chùm bức xạ 2
C. Cờng độ của chùm sáng 1 lớn hơn cờng độ của chùm sáng 2
i
2
1
0 U
AK
Hình 7.16
D. Giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catôt đối với chùm bức xạ 1 lớn hơn đối
với chùm bức xạ 2
7.17. Chọn câu đúng: Chiếu ánh sáng đơn sắc có bớc sóng vào catôt của tế bào
quang điện có bớc sóng giới hạn
0
. Đờng đặc trng V - A của tế bào quang điện nh
hình vẽ 7.17 thì
A. >
0
B.

7.22 Chọn câu Đúng. Theo thuyết phôtôn của Anh-xtanh, thì năng lợng:
A. của mọi phôtôn đều bằng nhau.
B. của một phôtôn bằng một lợng tử năng lợng.
C. giảm dần khi phôtôn ra xa dần nguồn sáng.
D. của phôtôn không phụ thuộc vào bớc sóng.
7.23. Trong các công thức nêu dới đây, công thức nào là công thức của Anh-xtanh:
A)
2
mv
Ahf
2
max0
+=
; B)
4
mv
Ahf
2
max0
+=
;
C)
2
mv
Ahf
2
max0
=
; D)
2

h
=
; D)
2
max0h
mveU
2
1
=
.
7.25. Điều khảng định nào sau đây là sai khi nói về bản chất của ánh sáng?
A) ánh sáng có lỡng tính sóng - hạt.
B) Khi bớc sóng của ánh sáng càng ngắn thì tính chất hạt thể hiện càng rõ nét, tính chất sóng càng ít thể hiện.
C) Khi tính chất hạt thể hiện rõ nét, ta rễ quan sát hiện tợng giao thoa ánh sáng.
D) A hoặc B hoặc C sai.
7.26. Theo quan điểm của thuyết lợng tử phát biểu nào sau đây là không đúng?
A. Chùm ánh sáng là một dòng hạt, mỗi hạt là một photon mang năng lợng.
B. Cờng độ chùm sáng tỉ lệ thuận với số phôton trong chùm.
0 U
AK
Hình 7.17
i