Bài giảng Vật lý Lớp 12 - Tiết 53, Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN 
THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 
CHƯƠNG VI - LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 
Tiết 53 
 Hồ quang điện trên thực tế là một dạng plasma tạo ra sự trao đổi điện tích liên tục, thường đi kèm sự toả sáng và toả nhiệt mạnh. 
 Đây là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc ở áp suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện th ế rất lớn. 
V 
Zn 
L 
a. Dụng cụ TN : 
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN 
1. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện 
Đèn hồ quang (L) 
Tĩnh điện kế 
Tấm kẽm tích điện âm 
Chiếu chùm tia hồ quang vào tấm Zn tích điện âm. 
Zn 
L 
0 
b.Thí nghiệm: 
Góc lệch kim điện kế giảm ⇒ Chứng tỏ điều gì? 
Ánh sáng hồ quang đã làm các êlectron bị bật khỏi tấm kẽm. 
Không những với Zn mà hiện tượng còn xảy ra tương tự với nhiều kim loại khác. 
C1. Chiếu chùm tia hồ quang vào tấm Zn tích điện dương. 
⟶ Góc lệch của kim tĩnh điện kế không bị thay đổi 
⇒ Tại sao? 
Zn 
L 
Khi chiếu chùm tia hồ quang vào tấm Zn tích điện dương thì cũng làm e bật ra, nhưng e vừa bị bật ra thì bị tấm Zn hút lại ngay ⟶ điện tích tấm Zn không bị thay đổi. 
1. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện 
a. Dụng cụ TN: 
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN 
b. KL: 
Ánh sáng hồ quang đã làm các êlectron bị bật khỏi tấm kẽm. 
2. Định nghĩa 
Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài). 
Vậy hiện tượng quang điện là gì? 
V 
Zn 
G 
L 
Dùng tấm thủy tinh trong suốt G chắn chùm tia hồ quang 
⟶ Không có hiện tượng gì xảy ra ⟶ Tại sao? 
 Vì thủy tinh hấp thụ rất mạnh các tia tử ngoại ⇒ bức xạ tử ngoại có khả năng gây ra hiện tượng quang điện ở Zn, còn ánh sáng nhìn thấy được thì không. 
II. ĐỊNH LUẬT VỀ GIỚI HẠN QUANG ĐIỆN 
a. Thí nghiệm 
Dùng tấm lọc màu để lọc lấy một ánh sáng đơn sắc nhất định. 
Chiếu vào mặt tấm kim loại. 
⇒ Quan sát hiện tượng 
Kết quả: đối với mỗi kim loại, ánh sáng chiếu vào nó (gọi là ánh sáng kích thích) phải có bước sóng λ ≤ λ 0 nào đó (giới hạn quang điện của kim loại) 
II. ĐỊNH LUẬT VỀ GIỚI HẠN QUANG ĐIỆN 
a. Thí nghiệm 
b. Nội dung 
Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λ 0 của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện. 
λ ≤ λ 0 
CHẤT 
BẠC 
ĐỒNG 
KẼM 
NHÔM 
CANXI 
NATRI 
KALI 
XESI 
 λ 0 
( μ m) 
0,26 
0,30 
0,35 
0,36 
0,43 
0,50 
0,55 
0,58 
Giới hạn quang điện λ 0 của một số kim loại 
VÍ DỤ 
Câu 1. Chọn câu đúng? 
Chiếu một ánh sáng đơn sắc vào một tấm đồng ( ). Hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu ánh sáng có bước sóng? 
A. 
B. 
C. 
D. 
 III. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 
1. Giả thuyết Plăng 
 	 Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf. 
Trong đó: 
 f: tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra 
 h: hằng số 
2. Lượng tử năng lượng 
- Lượng năng lượng nói trên gọi là lượng tử năng lượng . 
- Kí hiệu: ε (exilon) 
- CT: 
h: hằng số Plăng 
3. Thuyết lượng tử ánh sáng 
a) Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn. 
d) Khi nguyên tử (hay phân tử) phát xạ hay hấp thụ thì chúng phát ra hay hấp thụ 1 phôtôn. 
 b) Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau , mỗi phôtôn mang năng lượng hf. 
c) Trong chân không , phôtôn bay với tốc độ c = 3.10 8 m/s dọc theo tia các sáng. 
 III. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG: 
Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động, không có phôtôn đứng yên 
 Anhxtanh cho rằng hiện tượng quang điện xảy ra do có sự hấp thụ phôtôn của ánh sáng kích thích bởi e lectron trong kim loại. 
 Vậy đ ể e lectron bứ t ra khỏi kim loại thì năng lượng này phải như thế nào? 
IV. Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sang: 
Ánh sang vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt: ánh sáng 
có lưỡng tính song – hạt. 
Bài 9 ( SGK- 158): Hiện tượng nào dưới đây là hiện tượng quang điện? 
A. Electron bứt ra khỏi kim loại bị nung nóng. 
B. Electron bật ra khỏi kim loại khi có ion đập vào. 
C. Electron bị bật ra khỏi một nguyên tử khi va chạm với một nguyên tử khác. 
D. Electron bị bật ra khỏi mặt kim loại khi bị chiếu sáng. 
Vận dụng 
Bài 12 ( SGK- 158): Tính lượng tử năng lượng của các ánh sáng đỏ (0,75 μ m) và vàng (0,55 μ m). 
Giải 
Lượng tử năng lượng của ánh sáng đỏ là: 
Lượng tử năng lượng của ánh sáng vàng là: 
Bài 13 ( SGK- 158): Giới hạn quang điện của kẽm là 0,35 μ m. Tính công thoát của electron khỏi kẽm theo đơn vị jun và eV. 
Cho 1eV = 1,6.10 -19 J. 
Giải 
Giới hạn quang điện của kẽm: 
 λ 0 = 0,35 μ m = 0,35.10 -6 (m) 
Công thức của electron khỏi kẽm là: