A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM I. Hiện tượng quang điện 1. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện Gắn một tấm kẽm tích điện âm vào cần của một tĩnh điện kế. Chiếu một chùm sáng do hồ quang phát ra vào tấm kim loại kẽm thì góc lệch của kim điện kế giảm đi. Thay kẽm bằng kim loại khác, ta cũng thấy hiện tượng tương tự xảy ra. Các thí nghiệm cho thấy, ánh sáng hồ quang đã làm bật electron ra khỏi mặt tấm kim loại 2. Định nghĩa Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài. II. Định luật về giới hạn quang điện Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện của kim loại đó mới gây ra được hiện tượng quang điện. λ ≤ λ0III. Thuyết lượng tử ánh sáng 1. Giả thuyết Plăng 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. 2. Lượng tử năng lượng Lượng năng lượng gọi là lượng tử năng lượng được kí hiệu bằng chữ ε: ε = hf Trong đó: h là hằng số Plăng được xác định bằng thực nghiệm: h = 6,625.10-34J.s. 3. Thuyết lượng tử ánh sáng 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 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. 4. Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng 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 ≥ A hay $\frac{hc}{\lambda }$≥ A Từ đó ta có: λ ≤$\frac{hc}{A}$ với A =$\frac{hc}{\lambda _{0}}$ λ ≤ λ0 với λ0 là giới hạn quang điện của kim loại. IV. Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng 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. B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI Câu 1 trang 158 SGK Vật lí 12. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện + 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 kim loại. Câu 2 trang 158 SGK Vật lí 12. Hiện tượng quang điện là gì? Hiện tượng ánh sáng làm bật electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện. Câu 3 trang 158 SGK Vật lí 12. - Định luật về giới hạn quang điện: Ánh sáng kích thích chỉ có thể làm bật electron ra khỏi một kim loại khi bước sóng của nó ngắn hơn hoặc bằng giới hạn quang điện của kim loại đó. Câu 4 trang 158 SGK Vật lí 12. Giả thuyết Plăng: Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay một phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf, trong đó f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra, còn h là một hằng số. Câu 5 trang 158 SGK Vật lí 12. Lượng tử năng lượng là gì? Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay một phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định được gọi là lượng tử năng lượng. Câu 6 trang 158 SGK Vật lí 12. Nội dung thuyết lượng tử ánh sáng: - Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn. - Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các photon đều giống nhau, mỗi photon mang năng lượng = hf - Trong chân không, photon 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 xạ và hấp thụ một phôtôn Bài 7 trang 158 sgk vật lí 12. Phôtôn là gì? Hướng dẫn. Phôtôn là một lượng tử năng lượng của dòng ánh sáng. Nó coi như một hạt ánh sáng. Bài 8 trang 158 sgk vật lí 12. Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết phôtôn. Hướng dẫn. Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết phôtôn (Xem mục b.2) Bài 9 trang 158 sgk vật lí 12. 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. Hướng dẫn. Đáp án: D. Bài 10 trang 158 sgk vật lí 12. 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 μm. B. 0,2 μm. C. 0,3 μm. D. 0,4 μm. Hướng dẫn. D. Xem bảng 30.1 (SGK trang 155) giới hạn quang điện của đồng là λ0 = 0,3 μm, với ánh sáng có bước sóng λ = 0,4 μm > λ0 nên không xảy ra hiện tượng quang điện. Bài 11 trang 158 sgk vật lí 12. Ánh sáng có bước sóng 0,60 μm có thể gây ra hiện tượng quang điện ở chất nào dưới đây? A. Xesi. B. Kali. C. Natri. D. Canxi. Hướng dẫn. A. Xem bảng 30.1 (SGK trang 155), với ánh sáng có bước sóng λ = 0,75 μm đúng bằng với giới hạn quang điện của canxi còn có lớp giới hạn quang điện của kim loại còn lại. Nên ánh sáng trên chỉ có thể gây ra hiện tượng quang điện đối với canxi. Bài 12 trang 158 sgk vật lí 12. Tính lượng tử năng lượng của các ánh sáng đỏ (0,75 μm) và vàng (0,55 μm). Hướng dẫn. Áp dụng công thức: ε = hf = h.\(\frac{c }{\lambda }.\) Với λ0 = 0,75 μm thì εd = h.\(\frac{c }{\lambda_{d} }\) = 6,625.10-34 \(\frac{3.10^{8}}{0,75.10^{-6}}\) = 26,5.10-20 J. Với λ0 = 0,55 μm thì εd = h.\(\frac{c }{\lambda_{d} }\) = 6,625.10-34 \(\frac{3.10^{8}}{0,55.10^{-6}}\) = 36,14.10-20 J. Bài 13 trang 158 sgk vật lí 12. Giới hạn quang điện của kẽm là 0,35 μm. Tính công thoát của êlectron khỏi kẽm theo đơn vị jun và eV. Cho 1 eV = 1,6.10-9 J. Hướng dẫn. Công thoát của êlectron khỏi kẽm: A = hf0 = \(h\frac{c}{\lambda _{0}}\) = 6,625.10-34 .\(\frac{3.10^{8}}{0,55.10^{-6}}\) = 56,78.10-20 J A = \(\frac{56,78.10^{-20}}{1,6.10^{-19}}\) ≈ 3,55 eV.
