Bài giảng vật lý A3 phần Hiện tượng quang điện

Hiện tượng quang điệnI... Các định luật quang điện1- Với mỗi KL xác định, htqđ chỉ xảy ra khi bước sóng á s tới giới hạn quang điệnλ < λo 2- Ibh tỷ lệ thuận với cường độ sáng của chùm án

§4 Hiện tượng quang điện

I Thí nghiệm

V

+

-G

A

F  E



Đường đặc trưng Volt-Ampere

I

UAC O

Ibh

Io

II Các định luật quang điện

1- Với mỗi KL xác định, htqđ chỉ xảy ra khi bước sóng á s tới (giới hạn quang điện)λ < λo

2- Ibh tỷ lệ thuận với cường độ sáng của chùm ánh sáng tới

3- ĐNCĐBĐ của quang e tỷ lệ thuận với tần số của á s tới mà không phụ thuộc cường độ sáng

III Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein (1905)

- Aùnh sáng truyền đi dưới dạng một dòng hạt gọi là lượng tử ánh sáng (hay photon) mang một năng lượng xác định

- Mỗi photon ứng với bức xạ điện từ đơn sắc có tần số ν mang một năng lượng xác định là:

= ν

=

với h = 6 , 625 10−34( Js ) : hằng số Planck

λ bước sóng bức xạ điện từ

) s / m ( 10

3

c = 8 :vận tốc as trong ck

- Cường độ của chùm bức xạ tỷ lệ với số photon phát ra từ nguồn trong một đơn vị thời gian

- Khi vật phát xạ hay hấp thu bức xạ đ.từ có nghĩa là vật đó phát xạ hay hấp thu các photon

IV Giải thích các định luật quang điện

1- Khi ás chiếu tới KL, mỗi electron tự do hấp thu năng lượng từ một photon h ν

o h

A A

A

hc A

c

λ > ⇒ < =

2- Ibh tỷ lệ với số quang electron thoát khỏi catod

Số quang electron thoát khỏi catod tỷ lệ với số photon bị hấp thu

hay

Số photon bị hấp thu tỷ lệ với cường độ chùm bức xạ tới

Ibh tỷ lệ với cường độ chùm bức xạ tới

3- Năng lượng do quang electron hấp thu từ một photon một phần tiêu tốn để chuyển động ra sát bề mặt KL, một phần chuyển thành công thoát, phần còn lại chuyển thành động năng ban đầu

Đối với các quang electron ở sát bề mặt kim loại thì động năng ban đầu này có giá trị cực đại

Theo đ.l bảo toàn năng lượng

2 max

v 2

1

m A

h ν = +

,

v 2

1 2

⇒

= eU h

mv2max

2

1

o

eU = ν − ν

O ν

Uh (V)

2

1

3

(1015Hz) 0,5 1 1,5

( ) 2

o

c v 1

m m

−

=

V Các đại lượng đặc trưng cho tính chất hạt của photon

Theo thuyết tương đối và lượng tử

1- Khối lượng của photon

ν

=

= mc h

c

h

( )2

⇒

Photon có khối lượng nghỉ = 0

Những hạt có v = c đều có mo = 0

0 m

c

v = ⇒ o =

Với photon

c

h c

m

λ

=

ν

=

c

h p

2- Động lượng của photon

§5 Hiện tượng Compton

I Thí nghiệm Compton (1923)

Parafin Grafit

Carbon

θ

Dụng cụ phát hiện tia X λ

λ

>

λ′

Tia

X

λ

Kết quả TN:

không phụ thuộc cấu tạo các chất cũng không phụ thuộc

λ′

λ Độ tăng của bước sóng tỷ lệ với góc tán xạ theo hệ thức: ∆ λ = λ′ − λ

θ

2

sin

2 λc 2 θ

= λ

∆

) (

10 43 ,

c m

h

e c

−

=

=

λ

bước sóng Compton của electronc :

λ

II Giải thích định tính hiện tượng Compton

Dựa trên thuyết LTÁS: tia (bức xạ) X là chùm photon

Do đó, khi chiếu tia X vào các chất thì các photon va chạm với các electron của nguyên tử chất đó.

Va chạm giữa photon và electron là hoàn toàn đàn hồi

+ Photon truyền năng lượng cho chúng

* Khi photon va chạm các electron tự do (liên kết yếu với ng.tử):

+ Photon có năng lượng bị giảm,

λ

>

λ′

+ Tần số photon giảm, và bước sóng tăng:

+ photon va chạm với cả nguyên tử

Đa số photon X va chạm với các electron tự do, chỉ một số ít photon X va chạm với các electron liên kết.

* Khi photon va chạm các electron liên kết mạnh với ng.tử:

+ năng lượng photon không đổi

λ

+ tần số không đổi, và bước sóng không đổi

III Chứng minh hệ thức Compton

λ

= ν

Ep

λ

=

ν

c

h

Pp

λ′

= ν′

=

Ep

λ′

=

ν′

=

c

h

Pp

2

c m

e

P ′

0

Pe =

θ

4 2 2

2

c m

c P

Theo đ.l bảo toàn năng lượng:

e p

e

E + = ′ + ′

4 2 2

2

2 h P c m c c

m

hν + e = ν ′ + e′ + e

Bình phương 2 vế:

( ) 2 ( ) 2 2 4 2 2 2 4

h ν −ν ′ + ν −ν ′ e + e = e′ + e

2

2

2

1

1

e

hcm











′

− +













′

−

λ λ

λ λ

2 2

2 2

1

1 2

2 h hcm e P e

h











′

−

+

′

−













′

+













λ λ

λ λ λ

λ

P 

p

P  ′

e

P  ′ θ

2 e p

p

2 p

2

P + ′ − ′ θ = ′

2 e

2 2

2

P cos

.

h 2

h

λ′

λ

−











 λ′

+













λ

Theo đ.l bảo toàn động lượng:

e p

P  =  ′ +  ′

( λ ′ − λ ) = h ( 1 − cos θ )

c

λ = ′ − = 1 − cos

∆

c m

h

e

2 sin

2 2 θ λ

c m

h

e

=

∆

2

sin

2 λc 2 θ

= λ

∆

c m

h e

c =

λ

với:

θ λ

λ λ

λ λ

1

′

−

=

′

−













′