Bài giảng Quang học lượng tử

Bài giảng Quang học lượng tử được biên soạn nhằm giúp các em học sinh nắm được giao thoa, nhiễu xạ là hiện tượng chứng tỏ ánh sáng có bản chất sóng của bức xạ. Hiện tượng phát xạ nhiệt, hiệu ứng quang điện thể hiện bản chất hạt của bức xạ. Cùng tham khảo chi tiết tài liệu để nắm được nội dung nhé các bạn.

QUANG HỌC LƯỢNG TỬ

Giao thoa, nhiễu xạ là hiện tượng chứng tỏ ánh sáng

có bản chất sóng của bức xạ

Hiện tượng phát xạ nhiệt, hiệu ứng quang điện thể hiện bản chất hạt của bức xạ

Năng suất phát xạ toàn phần

a T,ν =1 Vật đen tuyệt đối

Năng suất phát xạ đơn sắc

Hệ số hấp thụ đơn sắc

  T, ν 1

VẬT ĐEN TUYỆT ĐỐI Hấp thụ tất cả những bức xạ điện từ

Một bình kín rỗng cách nhiệt

có khoét 1 lỗ nhỏ, mặt trong

được phủ một lớp xốp đen

(xem như vật đen tuyệt đối).

Một tia bức xạ lọt qua lỗ vào

bình, bị phản xạ liên tiếp trên

thành  hấp thụ hòan toàn

A

c = 3x10 8 m/s

k B = 1.38x10 -23 J/K

Các nguyên tử, phân tử phát xạ,

hấp thụ năng lượng của bức xạ

điện từ một cách gián đoạn.

Năng lượng phát xạ hay hấp

thụ = bội số nguyên của một

lượng năng lượng nhỏ xác định

gọi là lượng tử năng lượng.

Đối với một bức xạ điện từ đơn sắc tần số , bước sóng

, lượng tử năng lượng E hc

E=hν=

λ

Thuyết lượng tử Plank

Js6.625x10

h  34

f i

λ E E

hc

 

B

2

hν 2

3!

x2!

xx

1e

3 2

Định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối

b b

Định luật Wien: Đối với vật đen tuyệt đối, bước sóng m

của chùm bức xạ đơn sắc mang nhiều năng lượng nhất,

tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối của vật

  4

T Sσ T

R S

peak vs Temperature

 peak = 2.9 x 10 T(Kelvin) -3 m

T

310 0 K (body temp) 2.9 x 10 310 0 -3 m =9x10 -6 m

5800 0 K (Sun’s surface) 2.9 x 10 5800 0 -3 m =0.5x10 -6 m

infrared light visible light

Thuyết photon Einstein

Bức xạ điện từ cấu tạo bởi vô số các hạt  lượng tử ánh sáng (photon)

 Với mỗi bức xạ điện từ đơn sắc nhất định, các photon giống nhau, có năng lượng E hc

Hiện tượng quang điện

Là hiện tượng bắn ra các quang electron từ một tấm kim loại khi 1 bức xạ điện từ thích hợp chiếu vào.

Đường đặc trưng IV của tế bào quang điện

 Ban đầu cường độ dòng

quang điện tăng theo hiệu điện

thế U Khi tăng đến 1 giá trị

nào đó cường độ dòng quang

điện đạt đến 1 giá trị bảo hòa

 Khi U = 0, cường độ dòng

quang điện I ≠ 0 Các quang

electron khi bắn ra khỏi Katot

có sẵn động năng ban đầu W o

2 omax

 Có thể triệt tiêu dòng

quang điện bằng cách tác

dụng lên hai cực của tế bào

quang điện một hiệu điện

thế cản U C có giá trị sao cho

công cản của điện trường

bằng động năng ban đầu

Giải thích hiện tượng quang điện

Các electron trong kim loại muốn thoát ra khỏi bề mặt phải có năng lượng ít nhất bằng công thoát A của electron đối với kim loại đó.

Bình thường động năng chuyển động nhiệt của electron nhỏ hơn công thoát A Khi bức xạ điện từ thích hợp năng lượng E = h chiếu vào, các electron tự

do trong kim loại sẽ hấp thụ photon.

2 omax

mv 2

1 A

mặt kim loại

Phương trình Einstein

A λ

λ  Điều kiện cần để xảy ra hiện tượng quang điện

Định luật về giới hạn quang điện: đối với mỗi kim loại xác định dùng làm Katot, hiện tượng quang điện xảy ra khi bước sóng  của bức xạ tới nhỏ hơn một giá trị xác định o

Giới hạn quang điện

2 omax

mv 2

1 A

Định luật về dòng quang điện bảo hòa: cường độ dòng quang điện bảo hòa tỉ lệ với cường độ của chùm bức xạ chiếu tới

Định luật về động năng ban đầu cực đại: động năng ban đầu cực đại của quang electron không phụ thuộc vào cường độ chùm bức xạ chiếu tới mà chỉ phụ thuộc vào tần số chùm bức xạ đó

2 omax o

mv 2

1 λ

hc λ

v 1

m m

mv

p   

Phổ tán xạ tia X cho thấy có 2 vạch:

 Vạch có bước sóng bằng bước sóng  của chùm tia X tới.

 Vạch có bước sóng  > 

 không phụ thuộc cấu tạo chất được chiếu tia X

mà phụ thuộc góc tán xạ .

Hiệu ứng Compton là kết quả của quá trình tán xạ đàn hồi của chùm tia X lên các electron trong các chất.

 Nếu tia X đi sâu vào nguyên tử gặp các electron ở sâu bên trong nguyên tử, liên kết mạnh với hạt nhân Chùm tia X bị tán xạ đàn hồi  năng lượng tia X không thay đổi ()

 Nếu tia X đi vào nguyên tử gặp các electron lớp ngoài liên kết yếu với hạt nhân, tia X va chạm với electron, chuyển hóa 1 phần năng lượng cho electron  sau khi tán xạ năng lượng chùm photon tia X nhỏ hơn so với năng lượng ban đầu E < E   > .

 

2

θ sin

λ 2 cosθ

1 c m

h λ

λ

c e

Trước va chạm

Sau va chạm

Trước va chạm Sau va chạm photon h  h 

c

v 1

m m





c

c m

E p

4 2 e 2

2

p

Bảo toàn động lượng

e

p p

2

λ

c h

c

m λ

λ

c h c

m c