Học tốt Vật lí 12, bài 30: Hiện tượng quang điện. thuyết lượng tử ánh sáng

Thứ năm - 15/08/2019 10:48

Hệ thống kiến thức lí thuyết cơ bản cần nhớ, hướng dẫn trả lời câu hỏi sách giáo khoa và giải bài tập Vật lí 12, bài 30: Hiện tượng quang điện. thuyết lượng tử ánh sáng

A. KIẾN THỨC CƠ BẢN
1. Định nghĩa hiện tượng quang điện
Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài).
2. Định luật về giới hạn quang điện
Đối với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λ0

của kim loại đó mới gây ra được hiện tượng quang điện.
a. Giả thuyết Plăng
Lượng năng lượng mà mỗi lần 1 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 ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra, còn h là 1 hằng số.
Lượng tử năng lượng
ε = hf
Với h = 6,625.10^-34 (J.s): gọi là hằng số Plăng.
c. Thuyết lượng tử ánh sáng
Ánh sáng được tạo thành từ 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 vận tốc c = 3.10⁸ m/s dọc theo các tia sáng.
Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ 1 phôtôn.
Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động, không có phôtôn đứng yên.
3. Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng
Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính châ't hạt.
Vậy ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt.

B. TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2 SGK VẬT LÝ 12 BÀI 30
C1. Nếu làm thí nghiệm với tấm kẽm tích điện dương thì góc lệch của kim tĩnh điện kế sẽ không bị thay đổi khi chiếu vào tấm kẽm bằng ánh sáng hồ quang. Tại sao?
Trả lời:
Nếu làm thí nghiệm với tấm kẽm tích điện dương thì góc lệch của kim tĩnh điện kế sẽ không bị thay đổi khi chiếu vào tấm kẽm bằng ánh sáng hồ quang vì: khi electron bức ra khỏi tấm kim loại kẽm sẽ bị điện tích dương hút lại, do đó điện tích trên tấm kẽm không thay đổi, nên góc lệch của kim điện kế không đổi.

C2. Nêu sự khác biệt giữa giả thuyết Plăng với quan niệm thông thường về sự phát xạ và hấp thụ năng lượng.
Trả lời:
Sự khác biệt giữa giả thuyết Plăng với quan niệm thông thường về sự phát xạ và hấp thụ năng lượng.
Theo quan niệm thông thường: năng lượng được hấp thụ và bức xạ liên tục. Sự phát xạ và hấp thụ năng lượng trao đổi có thể nhỏ bao nhiêu cũng được.
Còn theo giả thuyết của Plăng: Năng lượng mà một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị xác định bằng hf. Lượng năng lượng trao đổi phải là một bội số của hf.

C. TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 12 BÀI 30 TRANG 158
1. Trình bày thí nghiệm Héc về hiện tượng quang điện.
Trả lời:
Xem sách giáo khoa trang 154.

2. Hiện tượng quang điện là gì?
Trả lời:
Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài).

3. Phát biểu định luật về giới hạn quang điện.
Trả lời:
Trong phần kiến thức cơ bản.

4. Phát biểu nội dung của giả thuyết Plăng.
Trả lời:
Trong phần kiến thức cơ bản.

5. Lượng tử năng lượng là gì?
Trả lời:
Lượng tử năng lượng là lượng năng lượng mà mỗi nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay bức xạ. Lượng tử năng lượng kí hiệu là s và được tính bằng công thức:
ε = hf

6. Phát biểu nội dung của thuyết lượng tử ánh sáng.
Trả lời:
SGK trang 156

7. Phôtôn là gì?
Trả lời:
Ánh sáng được cấu tạo bởi các hạt phôtôn. Mỗi phôtôn ứng với một lượng tử năng lượng của dòng ánh sáng. Nó coi như một hạt ánh sáng.

8. Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết phôtôn.
Trả lời:
Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết phôtôn: Hiện tượng quang điện xảy ra do sự hấp thụ phôtôn của ánh sáng kích thích bởi electron trong kim loại. Muốn cho hiện tượng quang điện xảy ra thì năng lượng của phôtôn ánh sáng kích thích phải lớn hơn hoặc bằng công thoát:
hf ≥ A hay h

≥ A
suy ra: λ ≤

đặt

: giới hạn quang điện của kim loại.
=> λ ≤

(1)
Hệ thức (1) phản ánh định luật giới hạn quang điện.

9. 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.
Giải:
Chọn đáp án D. Hiện tượng quang điện là hiện tượng electron bị bật ra khỏi mặt kim loại khi bị chiếu sáng.

Dựa vào bảng 30.1. để trả lời câu 10 và 11.
10. Chọn câu đúng.
Chiếu một 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 µmm.
D. 0,4 µm.
Giải:
Chọn đáp án D. Dựa vào bảng 30.1 sách giáo khoa, giới hạn quang điện

của đồng là

= 0,3 µm. Theo định luật giới hạn quang điện thì λ ≤

nên không gây ra hiện tượng quang điện.

11. Ánh sáng có bước sóng 0,75µm có thể gây ra hiện tượng quang điện ở chất nào dưới đây?
A. Canxi.
B. Natri.
C. Kali.
D. Xesi.
Giải:
Chọn đáp án A. Dựa vào bảng 30.1, giới hạn quang điện của canxi, natri, kali và xêdi lần lượt là: λ01

= 0,75 µm, λ02

= 0,5 µm, λ03

= 0,55 µm ,

= 0,66 µm . Vậy với ánh sáng có bước sóng λ = 0,75 µm =

nên hiện tượng quang điện xảy ra ở canxi.

12. Tính lượng tử năng lượng của các ánh sáng đỏ (0,75µm) và vàng (0,55µm).
Giải:
Lượng tử năng lượng của ánh sáng đỏ là:
ɛ_d=

= 2,65.10^-19 (J)
Lượng tử năng lượng của ánh sáng vàng là:
ɛ_v=

= 3,61.10^-19 (J)

13. Giới hạn quang điện của kẽm là 0,35µm. Tính công thoát của electrôn khỏi kẽm theo đơn vị jun và eV. Cho 1 eV = l,6.10^-19J.
Giải: