bài tập lượng tử ánh sáng

Hiệu suất lượng tử = Tỉ số giữa Số êléctrôn phát ra và Số phô-tôn chiếu tới trong cùng một khoảng thời gian % f e N N H= + Hiệu suất phát quang = Tỉ số giữa số photôn ánh sáng phát quan

Trang 1

LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG ( TÍNH CHẤT HẠT CỦA ÁNH SÁNG )

CHƯƠNG SÁU – LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

I THUYẾT LƯỢNG TỬ - HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN

1 THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục

mà thành từng phần riêng lẽ, đứt quãng Mỗi phần đó gọi là một lượng tử năng lượng hay phô-tôn Chùm ánh sáng là chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng) Mỗi phôtôn có năng lượng xác định (năng lượng của 1 phô tôn ε = hf (J) Nếu trong chân không thì

λ

ε =h.f =h.c

f là tần số của sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng h = 6,625.10-34 J.s : hằng số Plăng ;

c = 3.108 m/s : vận tốc ánh sáng trong chân không (không khí )

 CT nhanh : ( ) 1,(242)

m eV

µ λ

+ Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1 giây

+ Phân tử, nguyên tử, electron phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn

+ Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s trong chân không

+ Năng lượng của mỗi phôtôn rất nhỏ Một chùm sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều phôtôn do rất nhiều nguyên tử, phân tử phát ra Vì vậy ta nhìn thấy chùm sáng liên tục

+ Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động Không có phôtôn đứng yên

VÍ DỤ 1: Theo thuyết lượng tử ánh sáng, phát biểu nào sau đây là sai?

A Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.10 8 m/s dọc theo các tia sáng.

B Phôtôn của các ánh sáng đơn sắc khác nhau thì mang năng lượng khác nhau.

C Năng lượng của một phôtôn không đổi khi truyền trong chân không.

D Phôtôn tồn tại trong cả trạng thái đứng yên và trạng thái chuyển động.

Ví dụ 2 : Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về lượng tử ánh sáng?

A Những nguyên nhân tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách

liên tục mà theo từng phần riêng biệt, đứt quãng

B Chùm ánh sáng là dòng hạt, mỗi hạt gọi là một photon.

C Năng lượng của các photon ánh sáng là như nhau, không phụ thuộc vào bước sóng của ánh

sáng

D Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử ánh sáng không bị thay đổi, không phụ thuộc khoảng

cách tới nguồn sáng

Ví dụ 3 : Chọn câu sai.

A Phôtôn có năng lượng B Phôtôn có động lượng.

C Phôtôn mang điện tích +1e D Phôtôn chuyển động với vận tốc ánh

sáng

Ví dụ 4 : Xét các hiện tượng sau của ánh sáng:

5 - Quang điện 6 - Quang dẫn

Bản chất sóng của ánh sáng có thể giải thích được các hiện tượng

1

Trang 2

 Nếu cho bước sóng truyền trong môi trường có chiết suất n là λ thì , λ nλ= , và

,

hc hc

ε

λ nλ

= =

II HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài (gọi tắt là hiện tượng quang điện). Ví dụ : Hiện tượng nào sau đây là hiện tượng quang điện? A Êlectron bứt ra khỏi kim loại bị nung nóng B Êlectron bật ra khỏi kim loại khi có ion đập vào C Êlectron bị bật ra khỏi kim loại khi kim loại có điện thế lớn D Êlectron bật ra khỏi mặt kim loại khi chiếu tia tử ngoại vào kim loại III CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN 3.1 ĐỊNH LUẬT 1: (định luật về giới hạn quang điện): Đối với mỗi kim loại được dùng làm ca – tốt của một tế bào quang điện đều có một bước sóng 0 λ giới hạn nhất định, gọi là giới hạn quang điện Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi bước sóng của ánh sang kích thích nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện hay λ≤λ0 + Giải thích định luật 1: ε A≥ với  : Công thoát êlectron CT nhanh : 0 1, 242 A(eV) λ (μm) = + Tần số sóng ánh sáng giới hạn quang điện : 0

0 c f λ = ⇒ ≥f f0 VÍ DỤ 1 : Công thoát êlectrôn (êlectron) ra khỏi một kim loại là A = 1,88 eV Biết hằng số Plăng h = 6,625.10 -34 J.s, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.10 8 m/s và 1 eV = 1,6.10 -19 J Giới hạn quang điện của kim loại đó là A 0,33 μm B 0,22 μm C 0,66 10 -19 μm D 0,66 μm ………

………

VÍ DỤ 2 : Giới hạn quang điện của một kim loại là 0,75 µm Công thoát êlectron ra khỏi kim loại này bằng

A 2,65.10 -19 J B 26,5.10 -19 J C 2,65.10 -32 J D 26,5.10 -32 J GIẢI

2

Trang 3

Công thoát êlectron ra khỏi kim loại

19 6

0

hc 6,625.10 3.10

0,75.10

−

λ

VÍ DỤ 3 : Biết công thoát êlectron của các kim loại: canxi, kali, bạc và đồng lần lượt là:

2,89 eV; 2,26eV; 4,78 eV và 4,14 eV Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,33 mµ vào bề mặt các

kim loại trên Hiện tượng quang điện không xảy ra với các kim loại nào sau đây?

A Kali và đồng B Canxi và bạc C Bạc và đồng D Kali và canxi

* CÔNG SUẤT BỨC XẠ ĐIỆN TỪ CỦA CHÙM SÁNG

P N= fε =N f hc =N hf f

λ

VÍ DỤ 1 : Một nguồn phát ra ánh sáng có bước sóng 662,5 nm với công suất phát sáng là 1,5.10 -4 W Lấy h = 6,625.10 -34 J.s; c = 3.10 8 m/s Số phôtôn được nguồn phát ra trong 1 s là

A 5.10 14 B 6.10 14 C 4.10 14 D 3.10 14

Ta có :

14

1,5.10 662,5.10

5.10 6,625.10 3.10

−

hc

λ λ

VÍ DỤ 2 : Một chất phát quang được kích thích bằng ánh sáng có bước sóng 0,26 µm thì phát ra ánh sáng có bước sóng 0,52 µm Giả sử công suất của chùm sáng phát quang bằng 20% công suất của chùm sáng kích thích Tỉ số giữa số phôtôn ánh sáng phát quang và số phôtôn ánh sáng kích thích trong cùng một khoảng thời gian là

A 4

1

2

5.

………

VÍ DỤ 3 : Laze A phát ra chùm bức xạ có bước sóng 0,45 mµ với công suất 0,8W Laze B phát ra chùm bức xạ có bước sóng 0,60 mµ với công suất 0,6 W Tỉ số giữa số phôtôn của laze B và số phôtôn của laze A phát ra trong mỗi giây là A.1 B 20 9 C.2 D 3 4 ………

………

3.2 ĐỊNH LUẬT II QUANG ĐIỆN ( Định luật về cường độ dòng quang điện bão hòa I bh )

3

Trang 4

Đối với ánh sáng thỏa mãn định luật I, thì cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ với electron bứt ra

Ta có : I bh=N e e.

+ Ibh (A) : cường độ dòng quang điện bão hòa

+ Ne : Số electron bứt ra trong mỗi giây

+ e = 1,6.10-19 C : độ lớn điện tích của electron

VÍ DỤ :

3.2 Cường độ sáng I ( W/m 2 ) là năng lượng được ánh sáng truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền :

f 2

S(m ).t(s) S

Hay công suất bức xạ của nguồn sáng là : = f = f = f

hc

P N ε N hf N λ

VÍ DỤ : Laze A phát ra chùm bức xạ có bước sóng 0,45 mµ với công suất 0,8W Laze B

phát ra chùm bức xạ có bước sóng 0,60 mµ với công suất 0,6 W Tỉ số giữa số phôtôn của

laze B và số phôtôn của laze A phát ra trong mỗi giây là

3 4

GIẢI

………

VÍ DỤ 2: Giả sử một nguồn sáng chỉ phát ra ánh sáng đơn sắc có tần số 7.5.10 14 Hz Công suất phát xạ của nguồn là 10W Số phôtôn mà nguồn sáng phát ra trong một giây xấp xỉ bằng: A 0,33.10 20 B 2,01.10 19 C 0,33.10 19 D 2,01.10 20 GIẢI ………

………

……… 4

Trang 5

3.3 Nếu nguồn sáng phát ra từ O với công suất P ( số phô-tôn phát ra trong 1 giây làN P

ε

=

) phân bố đều theo mọi hướng thì số photôn đập lên diện tích S đặt cách O một khoảng R là

2

N.S

n

4πR

= Nếu S có dạng hình tròn bán kính r hoặc đường kính d thì

4

2

r

 Hay đơn giản là cau tron 4 2 2

S =s → πR =πr

3.4 Hiệu suất Lượng tử ( Hiệu suất quang điện, Hiệu suất phát

quang, )

Hiệu suất lượng tử = Tỉ số giữa Số êléctrôn phát ra và Số phô-tôn chiếu tới trong cùng một khoảng thời gian (%) f e N N H= + Hiệu suất phát quang = Tỉ số giữa số photôn ánh sáng phát quang và số photôn của ánh sáng kích thích (%) ' f f N N H= VÍ DỤ : Cường độ của một chùm sáng hẹp đơn sắc (bước sóng 0,50 mµ ) khi chiếu tới bề mặt của một tấm kim loại đặt vuông góc với phương chiếu sáng là I (W/m2), diện tích của phần bề mặt kim loại nhận được ánh sáng chiếu tới là 32mm2 Bức xạ đơn sắc trên gây ra hiện tượng quang điện đối với tấm kim loại (coi rằng cứ 50 phôtôn tới bề mặt tấm kim thì có 2 êlectron bật ra khỏi bề mặt tấm kim loại), số êlectron bật ra khỏi bề mặt tấm kim loại trong thời gian 1s là 3,2.1013 hạt Giá trị của cường độ sáng I là A 9,9375W/m2 B 9,6214W/m2 C 8,5435W/m2 D 8,9435W/m2 ………

………

……

………

5

Trang 6

………

……

VÍ DỤ : Dung dịch Fluorexein hấp thụ ánh sáng có bước sóng 0,49 µm và phát ra ánh sáng có bước sóng 0,52 µm Người ta gọi hiệu suất của sự phát quang là tỉ số giữa năng lượng ánh sáng phát quang và năng lượng ánh sáng hấp thụ Biết hiệu suất của sự phát quang của dung dịch này là 75% Hỏi tỉ số (tính ra phần trăm) của số phôtôn phát quang và số phôtôn chiếu đến dung dịch là A 79,6% B 66,8% C 75,0% D 82,7% ………

………

……

3.5 Hiện tượng quang điện trong Quang trở Pin quang điện

a- Quang điện trong:

Hiện tượng ánh sáng giải phóng các e liên kết để cho chúng trở thành các electron dẫn đồng thời tạo ra các

lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện gọi là hiện tượng quang điện trong

b- Chất quang dẫn:

Hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào gọi là hiện tượng quang dẫn

c) Pin quang điện:

là pin chạy bằng năng lượng ánh sáng nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong của một

số chất bán dẫn như đồng oxit, Selen, Silic…

c) Quang điện trở:

Là một tấm bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi khi cường độ chùm sáng chiếu vào nó thay đổi

* Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện trong : λ ≤ λ 0 ⇔ ε ≥ ε 0

+ Quang trở khi để trong bóng tối :

0 0

R r

E I

+

=

6

Trang 7

7

Trang 8

THUYẾT BO QUANG PHỔ HIĐRÔ.

I TIÊN ĐỀ 1 : (Tiên đề về trạng thái dừng của nguyên tử Hiđrô) - Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định gọi là các trạng thái dừng Khi ở trong các trạng thái dừng thì nguyên tử không bức xạ - Năng lượng ở trạng thái dừng thứ n : 132,6(eV) n E n =− ( n = 1,2,3, : Số lượng tử ) - Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chỉ chuyển động xung quanh hạt nhân trên những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng Đối với nguyên tử Hidro bán kính quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương của các số nguyên liên tiếp: 0 r n r n= rn: là bán kính quỹ đạo thứ n r0 = 5,3.10-11 m: là bán kính Bo r0 4r0 9r0 16r0 25r0 36r0 K (n =1) L(n = 2) M(n = 3) N( n = 4) O(n = 5) P(n = 6) CHÚ Ý : Quỹ đạo K là quỹ đạo ở trạng thái cơ bản , Quỹ đạo L ( trạng thái kích thích thứ nhất) , M (trạng thái kích thích thứ 2 ), …….

VÍ DỤ 1: Theo mẫu nguyên tử Bo, bán kính quỹ đạo K của êlectron trong nguyên tử hiđrô là r 0 Khi êlectron chuyển từ quỹ đạo N về quỹ đạo L thì bán kính quỹ đạo giảm bớt A 12r 0 B 4 r 0 C 9 r 0 D 16 r 0 GIẢI Ta có : 2 2 0 0 0 4 2 12 ∆ = − =r r N r L r − r = r VÍ DỤ 2 : Trong nguyên tử hiđrô, bán kính Bo là r 0 = 5,3.10 -11 m Ở một trạng thái kích thích của nguyên tử hiđrô, êlectron chuyển động trên quỹ đạo dừng có bán kính là r = 2,12.10 -10 m Quỹ đạo đó có tên gọi là quỹ đạo dừng A N B M C O D L GIẢI Áp dụng công thức về bán kính Bo, ta có : 2 2 10 ( ) 0 11 0 2,12.10 4 2 5,3.10 − − = ⇒ = = = ⇒ = → n r r n r n n L r VÍ DỤ 3 : Biết bán kính Bo là r 0 = 5,3.10 - 11 m Bán kính quỹ đạo dừng M trong nguyên tử hiđrô bằng A 84,8.10 -11 m B 21,2.10 -11 m C 132,5.10 -11 m D 47,7.10 -11 m GIẢI Bán kính quỹ đạo dừng M trong nguyên tử hiđrô bằng 2 11 11 0 9.5,3.10− 47, 7.10− = = = M r n r m VÍ DỤ 4 : Trong nguyên tử hiđrô, bán kính Bo là r 0 = 5,3.10 -11 m Ở một trạng thái kích thích của nguyên tử hiđrô, êlectron chuyển động trên quỹ đạo dừng có bán kính là r = 2,12.10 -10 m Trạng thái kích thích đó là trạng thái kích thích thứ mấy ? A 3 B 2 C 4 D 5 ………

………

Trang 9

………

VÍ DỤ 5: Biết bán kính Bo là r 0 = 5,3.10 - 11 m Bán kính quỹ đạo dừng của nguyên của nguyên tử Hiđ-rô khi electron đang ở trạng thái kích thích thứ hai là A 84,8.10 -11 m B 21,2.10 -11 m C 132,5.10 -11 m D 47,7.10 -11 m. ………

………

 Chú ý : TỐC ĐỘ CỦA CÁC ELECTRON TRÊN CÁC QUỸ ĐẠO DỪNG.

Ôn lớp 11 : Lực culông tác dụng lên hai điện tích điểm q1 và q2 đặt cách nhau một khoảng r trong không khí ( hay chân không ) là : 1 2

2

=

c

q q

r

+ k = 9.109 (SI) : hằng số điện

+ q1 ; q2 : độ lớn của hai điện tích

+ r (m) : khoảng cách giữa hai điện tích

Ôn lớp 10: Lực hướng tâm tác dụng lên một vật chuyển động tròn đều là :

2

=

ht

v

r

+ m (kg) : khối lượng của vật.

+ v(m/s) : tốc độ của vật

+ r (m): bán kính của chuyển động tròn

 Khi electron chuyển động tròn trên các quỹ đạo dừng n thì lực culông đóng vai trò là lực hướng tâm, ta

có :

2 2

2

0

v

+ n = 1,2,3, : số lượng tử chính

+ r0 = 5,3.10-11 (m) : bán kính Bo

+ me = 9,1.10-31 (kg) : khối lượng của electron

 Tốc độ của êléctrôn trên quỹ đạo K là VK = V1 = 2,2.106 (m/s) Để tính cho các quỹ đạo khác ta dùng hệ thức sau đây :

P O N M L K

i

V V V V V V

const V

n

6 5 4 3 2

⇒

=

Trang 10

VÍ DỤ :Theo mẫu nguyên tử Bo, trong nguyên tử hiđrô, chuyển động của êlectron quanh hạt nhân

là chuyển động tròn đều Tỉ số giữa tốc độ của êlectron trên quỹ đạo K và tốc độ của êlectron trên quỹ đạo M bằng

GIẢI :

Cách 1:

Ta có : 1. =3 ⇒ k =3

M

v

Cách 2 :

………

Ví dụ : Theo mẫu nguyên tử Bo thì trong nguyên tử hiđrô, bán kính quỹ đạo dừng của electron trên các quỹ đạo là rn = n2ro, với ro=0,53.10-10m; n=1,2,3, là các số nguyên dương tương ứng với các mức năng lượng của các trạng thái dừng của nguyên tử Gọi v là tốc độ của electron trên quỹ đạo K Khi nhảy lên quỹ đạo M, electron có tốc độ bằng A 9 v B 3v C 3 v D 3 v ………

………

VÍ DỤ : Bán kính quỹ đạo Bo thứ nhất là r1 = 5,3.10-11m Động năng của êlectron trên quỹ đạo Bo thứ nhất là : A 14,3eV B 17,7eV C 13,6eV D 27, 2eV ………

………

Trang 11

………

VÍ DỤ : Xem êlectron trong nguyên tử hyđrô chuyển động quanh hạt nhân theo quỹ đạo là nhưng đường tròn đồng tâm Xác định tốc độ chuyển động của êlectron khi nguyên tử đang tồn tại ở trạng thái kích thich thứ hai Cho biết bán kính Bo là r0 = 0,53 A0, hằng số tĩnh điện k = 9.109 Nm2/C2; A. 1,1.106 m/s B. 4,1.105 m/s C. 1,7.106 m/s D.7,3.105 m/s ………

………

 1.2 Bức xạ hấp thụ Nếu khối khí Hiđrô đang ở trạng thái kích thích sau đó nó bức xạ tối đa là n(n2−1) vạch quang phổ ( n = 1,2,3…: số lượng tử chính ) VÍ DỤ : Một đám nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái kích thích mà êlectron chuyển động trên quỹ đạo dừng N Khi êlectron chuyển về các quỹ đạo dừng bên trong thì quang phổ vạch phát xạ của đám nguyên tử đó có bao nhiêu vạch? A 3 B 1 C 6 D 4. ………

………

VÍ DỤ : Nguyên tử hidrô đang ở trạng thái cơ bản hấp thụ phôtôn có năng lượng thích hợp chuyển sang trạng thái kích thích thứ 3.Số bức xạ mà nguyên tử có thể phát ra là: A 6 B 3 C 10 D 15 ………

………

II TIÊN ĐỀ 2 (Tiên đề về sự hấp thụ và phát xạ năng lượng )

Trong nguyên tử Hiđrô, khi eléctrôn đang ở quỹ đạo có mức năng lượng thấp En hấp thụ (nhận) được một Phô-tôn có năng lượng ε =E m−E n thì êléctrôn chuyển lên quỹ đạo có năng lượng cao hơn Em và ngược lại

Tổng quát , dù cho êléctrôn hấp thụ hay bức xạ ra phô-tôn thì

Trang 12

thâp cao mn

mn hc E E

hf = = −

=

λ ε

) ( 242 , 1 )

m

eV cao thâp

mn

−

=

µ λ ε

VÍ DỤ 1 : Khi êlectron ở quỹ đạo dừng thứ n thì năng lượng của nguyên tử hiđrô được tính theo công thức E n 13,62

n

= − (eV) (n = 1, 2, 3,…) Khi êlectron trong nguyên tử hiđrô chuyển từ quỹ đạo dừng n = 3 sang quỹ đạo dừng n = 2 thì nguyên tử hiđrô phát ra phôtôn ứng với bức xạ có bước sóng bằng

A 0,4861 µm B 0,4102 µm C 0,4350 µm D 0,6576µm.

GIẢI

Áp dụng tiên đề 2 của BO, ta có : 3 2 2 2

13,6 13,6

( )

−

hc

λ ( ) 2 2

1, 242 13,6 13,6

−

λ µ

VÍ DỤ 2 : Các nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái dùng ứng với êlectron chuyển động trên quỹ đạo

có bán kính lớn gấp 9 lần so với bán kính Bo Khi chuyển về các trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn thì các nguyên tử sẽ phát ra các bức xạ có tần số khác nhau Có thể có nhiều nhất bao nhiêu tần số?

GIẢI

Số tần số ( hay số bức xạ hay số vạch ) phát ra được tính theo công thức ( 1)

2

−

n n

( n = 1,2,3,… số lượng

tử chính )

Bán kính quỹ đạo lớn gấp 9 lần bán kính Bo, suy ra n = 3 , do đó số tần số phát ra = 3 3 1( )

3 2

−

=

VÍ DỤ 3 : Một đám nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái kích thích mà êlectron chuyển động trên quỹ đạo dừng

N Khi êlectron chuyển về các quỹ đạo dừng bên trong thì quang phổ vạch phát xạ của đám nguyên tử đó có bao nhiêu vạch?

………

Trang 13

III QUANG PHỔ VẠCH CỦA NGUYÊN TỬ HIĐRÔ

Sơ đồ mức năng lượng

3.1 DÃY LAI – MAN ( K , n = 1, trạng thái cơ bản )

- Được hình thành khi êléctrôn chuyển từ các quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo K :

+ Vạch cuối cùng của dãy Lai – man = ( Vạch có bước sóng ngắn nhất của dãy Lai – man ) = λ∞1

- Dãy Lai – man nằm trong vùng tử ngoại

3.2 DÃY BAN- ME ( L , n = 2, trạng thái kích thích thứ 1 )

- Được hình thành khi êléctrôn chuyển từ các quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo L : M →L;N →L;O→L, + Vạch thứ nhất ( = vạch có bước sóng dài nhất ) = Vạch đỏ (H ) = α λ32

+ Vạch thứ 2 = ( = vạch có bước sóng dài thứ 2 ) = Vạch Lam (H ) = β λ42

+ vạch thứ 3 = Vạch Chàm (H ) = γ λ52

+ Vạch thứ 4 = Vạch tím (H ) = δ λ62

Trang 14

+ Vạch cuối cùng của dãy Ban – me = ( Vạch có bước sóng ngắn nhất của dãy Ban- me ) = λ∞2

- Dãy Ban- me một phần nằm trong vùng tử ngoại , một phần nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy ( Ánh sáng Khả Kiến ) Trong vùng nhìn thấy có 4 vạch : ĐỎ - LAM – CHÀM – TÍM

3.3 DÃY PA- SEN ( M , n = 3, trạng thái kích thích thứ 2 )

- Được hình thành khi êléctrôn chuyển từ các quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo M : N →M;O→M,

+ Vạch thứ nhất ( = vạch có bước sóng dài nhất ) = λ43 + Vạch thứ 2 = ( = vạch có bước sóng dài thứ 2 ) = λ53 + Vạch thứ 3 = λ63 + Vạch cuối cùng của dãy Pa- sen = ( Vạch có bước sóng ngắn nhất của dãy Pa- sen ) = λ∞ 3 - Dãy Pa – sen nằm trong vùng hồng ngoại VÍ DỤ 1 : Theo mẫu nguyên tử Bo, trong nguyên tử hidrô, khi êlectron chuyển từ quỹ đạo P về quỹ đạo K thì nguyên tử phát ra phôton ứng với bức xạ có tần số f 1 Khi êlectron chuyển từ quỹ đạo P về quỹ đạo L thì nguyên tử phát ra phôtôn ứng với bức xạ có tần số f 2 Nếu êlectron chuyển từ quỹ đạo L về quỹ đạo K thì nguyên tử phát ra phôtôn ứng với bức xạ có tần số A f 3 = f 1 – f 2 B f 3 = f 1 + f 2 C 2 2 3 1 2 f = f + f D 3 1 2 1 2 f f f f f = + GIẢI ………

………

VÍ DỤ 2 : Theo tiên đề của Bo, khi êlectron trong nguyên tử hiđrô chuyển từ quỹ đạo L sang quỹ đạo K thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ21 , khi êlectron chuyển từ quỹ đạo M sang quỹ đạo L thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ32 và khi êlectron chuyển từ quỹ đạo M sang quỹ đạo K thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ31 Biểu thức xác định λ31 là :

A λ31 = λ32 - λ21 B 31 32 21

λ λ λ

=

λ λ λ

=

GIẢI , cho λ21, λ32 , cần tìm λ31 ?

CÁCH 1: ( LIỆT KÊ )

21

1

hc

λ

( )

32

2

hc

λ

Trang 15

( )

31

3

hc

λ

Từ phương trình (1) và (2) suy ra phương trình (3) , ta có :

21 32 31

+

λ λ λ

CÁCH 2: ( GIỐNG QUI TẮC 3 ĐIỂM )

CÓ : 3 1 ( 3 2) ( 2 1)

31

hc

= hc + hc

21 32 31

+

λ λ λ

VÍ DỤ 3: Trong quang phổ vạch của hiđrô (quang phổ của hiđrô), bước sóng của vạch thứ nhất trong dãy Laiman ứng với sự chuyển của êlectrôn (êlectron) từ quỹ đạo L về quỹ đạo K là 0,1217 μm , vạch thứ nhất của dãy Banme ứng với sự chuyển M → L là 0,6563 μm Bước sóng của vạch quang phổ thứ hai trong dãy Laiman ứng với sự chuyển M →K bằng

A 0,1027 μm B 0,5346 μm C 0,7780 μm D 0,3890 μm

………

VÍ DỤ 4 : Vạch quang phổ có tần số nhỏ nhất trong dãy Ban-me là f1 Vạch quang phổ có tần số nhỏ nhất trong dãy Lai-man là f2 Vạch quang phổ trong dãy Lai-man sát với vạch có tần số f2 sẽ có tần số là A f1 – f2 B f1.f2 C 2 2 1 2 f +f D f1 + f2 ………

………

VÍ DỤ 5 : Trong quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử hydro, bước sóng của các vạch đỏ, lam và tím lần

lượt là 0,656μm ; 0,468μm và 0,410μm Từ ba bước sóng trên, ta có thể tính được bước sóng của

A 2 vạch của dãy Pasen B 2 vạch của dãy Laiman và 1 vạch của dãy Pasen

C 3 vạch của dãy Pasen D 2 vạch thuộc dãy Banme và 1 vạch thuộc dãy Pasen

Trang 16

………

3.4 Kích thích nguyên tử Hi-đrô bằng cách cho hấp thụ phô-tôn

+ Giả sử nguyên tử Hi-đrô đang ở trạng thái cơ bản có năng lượng E 1 , nếu hấp thụ được một chùm phô-tôn có năng lượng ε thì nó sẽ chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng En sao cho ε =E n−E1 ( tiên đề

2 ) Nếu 132,6(eV)

n

E n = −

thì :

ε

+

−

=

⇒ +

−

=

−

6 , 13

6 , 13 6

, 13 6 , 13

n

+ n∈N*→có hấp thụ phô-tôn ε

+ n∉N*→ không hấp thụ phô-tôn ε

Câu hỏi : Thế nào là hiệu ứng quang điện bên trong So sánh hiệu ứng quang điện bên trong và hiệu ứng quang điện bên ngoài Trình bày nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của: Quang trở Pin quang điện.

1 Hiệu ứng quang điện bên trong

a Định nghĩa Hiệu ứng quang điện bên trong là hiện tượng khi chất bán dẫn được chiếu bằng một chùm

ánh sáng thích hợp thì các electron liên kết bị bứt ra khỏi liên kết giữa các nút mạng bán dẫn, trở thành các electron dẫn, tự do di chuyển trong khối bán dẫn đó (electron tự do) Ngoài ra, mỗi electron bị bứt ra lại

“giải phóng” một “lỗ trống” mang điện dương Các lỗ trống này cũng có thể chuyển động tự do từ nguyên

tử này sang nguyên tử khác và cũng tham gia vào quá trình dẫn điện, làm chất bán dẫn bị chiếu sáng sẽ trở thành dẫn điện tốt

b So sánh hiện tượng quang điện bên trong và hiện tượng quang điện bên ngoài.

Trong hiện tượng quang điện, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào kim loại thì electron sẽ bị bật ra khỏi kim loại Vì vậy, hiện tượng quang điện còn gọi là hiện tượng quang điện ngoài

Như vậy hiệu ứng quang điện bên trong và hiệu ứng quang điện bên ngoài giống nhau ở chỗ các phôtôn ánh sáng đều làm bứt các electron nhưng khác nhau ở chỗ: hiệu ứng quang điện ngoài bứt các electron ra ngoài khối chất (kim loại), còn hiệu ứng quang điện bên trong chỉ bứt electron ra khỏi liên kết để trở thành electron dẫn ngày trong khối chất đó

Ngoài ra, cả hai hiệu ứng còn giống nhau ở chỗ: ánh sáng kích thích phải có bước sóng thích hợp, nghĩa

là đều có bước sóng giới hạn λ0 nhưng lại khác nhau là: năng lượng cần để bứt electron ra khỏi liên kết trong bán dẫn thường là khá nhỏ so với công thoát electron ra khỏi kim loại (công A), nên giới hạn quang điện λ0 của hiệu ứng quang điện bên trong có thể nằm trong vùng hồng ngoại

2 Quang trở

a Khái niệm quang trở

Trang 17

- Hiện tượng khối bán dẫn trở nên dẫn điện tốt hơn (tức điện trở của khối bán dẫn giảm đi) khi bị chiếu sáng gọi hiện tượng quang dẫn Nó được ứng dụng để tạo ra các điện trở thay đổi được trị số nhờ biến thiên cường độ chùm sáng chiếu vào gọi là các quang trở.

- Cấu tạo quang trở đơn giản, chỉ gồm các lớp bán dẫn mỏng (1) (Cadimisunfua CdS chẳng hạn) phủ lên một lớp nhựa cách điện (2) Hai đầu lớp bán dẫn được gắn với hai điện cực (3) và (4) bằng kim loại để nối

ra ngoài

b Hoạt động: Nối một nguồn khoảng vài vôn với quang trở thông qua một miliampe kế Ta thấy, khi đặt

quang trở trong tối mạch không có dòng điện Khi chiếu quang trở bằng ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang dẫn của quang điện thì trong mạch sẽ xuất hiện dòng điện Điện trở của quang trở giảm đi rất mạnh khi bị chiếu sáng bởi ánh sáng nói trên

Quang trở được dùng thay thế cho tế bào quang điện trong các mạch điều khiển tự động

c Pin quang điện

a Định nghĩa: Pin quang điện là một nguồn điện trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện

năng Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện bên trong xảy ra trong một chất bán dẫn

b Cấu tạo: Xét một pin quang dẫn đơn giản: pin đồng oxit Pin có một điện cực bằng đồng trên đó phủ

một lớp đồng (I) oxit Cu2O Người ta phun một lớp kim loại rất mỏng lên trên mặt của lớp Cu2O để làm điện cực thứ hai Nó mỏng tới mức cho ánh sáng truyền qua được Ở chỗ tiếp xúc giữa Cu2O và Cu hình thành một lớp tác dụng đặc biệt: nó chỉ cho phép electron chạy qua nó theo chiều từ Cu2O sang Cu

c Hoạt động: Khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào mặt lớp Cu2O thì ánh sáng sẽ giải phóng các electron liên kết trong Cu2O thành electron dẫn Một phần các electron này khuếch tán sang cực Cu Cực

Cu thừa electron nên nhiễm điện âm, Cu2O nhiễm điện dương Giữa hai điện cực của pin hình thành một suất điện động Nếu nối hai cực với nhau bằng một dây dẫn thông qua một điện kế, ta sẽ có với nhau bằng một dây dẫn thông qua một điện kế, ta sẽ thấy có dòng diện chạy trong mạch theo chiều từ Cu2O sang Cu Các pin mặt trời dùng trong các máy tính bỏ túi, trên các vệ tinh nhân tạo… đều dùng pin quang điện

1 Quang phát quang là: Hiện tượng một số chất có khả năng hấp thụ ánh sáng có bước sóng này (λkt

bước sóng kích thích) để rồi phát ra ánh sáng có bước sóng khác thuộc vùng khả kiến (λphát bước sóng phát ra) được gọi là sự phát quang

VD: Chất bột bên trong đèn ống; lớp sơn ở cọc tiêu đèn đường; áo của công an hay công nhân vệ sinh

đường sử dụng khi trời tối; dung dịch fluorexêin khi bị chiếu tia tử ngoại; công tắc điện, các vùng chứng thật trên tiền giấy….là hiện tượng quang phát quang

2 Có một số chất khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó và phát ra các bức

xạ điện từ trong miền ánh sáng nhìn thấy Các hiện tượng đó được gọi chung là sự

phát quang

Định dạng
Số trang	35
Dung lượng	0,92 MB