Động năng ban đầu cực đại của quang electron không phụ thuộc cường độ của chùm kich thích, mà chỉ phụ thuộc bước sóng ánh sáng kích thích và bản chất kim loại.. Đặc tuyến trên thể hiệ[r]
Trang 1Gọi x là độ dịch chuyển của hệ vân trên màn M, M luôn dịch chuyển về phía nguồn chậm pha hơn ( tức là dịch chuyển ngược chiều với S Và công thức xác định độ dịch chuyển như
sau: x y.D
d
Bài 2: Thực hiện thí nghiệm Yang về giao thoa ánh sáng
Khoảng cách giữa hai khe hẹp S1 S2 là a, khoảng cách từ
mặt phẳng S1 S2 tới màn là D, Trước nguồn sáng S1 đặt tấm
thủy tinh mỏng có bề dày e chiết suất n Hãy xác định độ
dời của vân sáng trung tâm
Bài giải:
Vị trí vân sáng trung tâm sẽ dịch chuyển về phía nguồn chậm pha hơn, tức là dịch chuyển về phía S1 Công thức xác định độ dịch chuyển như sau:
n 1 e.D
x
a
CHƯƠNG VI: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG BÀI 1: HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI
I PHƯƠNG PHÁP
1 ĐỊNH NGHĨA HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI
1.1 Thí nghiện hiện tượng quang điện ngoài
1.2 Nhận xét:
Ở hình 1: Ta đặt tấm thủy tinh trước đèn hồ quang, thấy không có hiện tượng gì sảy ra với
hai tấm kẽm tích điện âm
Ở hình 2: Khi bỏ tấm thủy tinh trong suốt ra một lúc sau thấy hai lá kẽm tích điện âm bị cụp
xuống Chứng tỏ điện tích âm của lá kẽm đã bị giải phóng ra ngoài
Thí nghiệm số 2 gọi là thí nghiệm về hiện tượng quang điện
1.3 Định nghĩa về hiện tượng quang điện ngoài
Trang 2Hiện tượng khi chiếu ánh sáng vào tấm kim loại làm các electron bật ra ngoài gọi là hiện tượng quang điện ngoài ( Hiện tượng quang điện)
2 CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN
2.1 Định luật 1: ( Định luật về giới hạn quang điện)
Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào tấm kim loại có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng 0 0 được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó (
≤ 0 )
2.2 Định luật 2: (Định luật về cường độ dòng quang điện bão hòa)
Đối với mỗi ánh sáng kích thích có ≤ 0 cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ với cường
độ của chùm sáng kích thích
2.3 Định luật 3:( Định luật về động năng cực đại của quang electron)
Động năng ban đầu cực đại của quang electron không phụ thuộc cường độ của chùm kich thích, mà chỉ phụ thuộc bước sóng ánh sáng kích thích và bản chất kim loại
Đặc tuyến trên thể hiện mối quan hệ giữa hiệu điện thế UAK và cường độ dòng quan điện bão hòa
- Khi UAK < -Uh thì dòng quang điện bão hòa bị triệt tiêu
hoàn toàn (I = 0) Sở dĩ như vậy vì: electron bị bật ra từ
catot, với tốc độ ban đầu Vdmax và động băng ban đầu
Wdmax, đã chịu tác dụng của lực điện trường hướng về
catot (do Uh gây ra) lực này ngăn không cho electron tới
anot để gây dòng quang điện
- Khi UAK = 0 vẫn có dòng quang điện vì, electron có
vận tốc ban đầu tạo ra sự dịch chuyển có hướng của các
hạt mang điện có dòng điện
- Hiệu điện thế UAK tăng dần, làm cho dòng quang điện tăng dần, nhưng khi tăng đến giá trị
U1 thì khi tăng tiếp UAK cũng không làm cho dòng quang điện tăng thêm( I = Ibh ) Giá trị Ibh
đó gọi là dòng quang điện bão hòa
- Đường số (1) và (2) thể hiện dòng quang điện của hai ánh sáng khác nhau, có cùng bước sóng, nhưng cường độ của chùm sáng tạo ra dòng quang điện (2) lớn hơn dòng cường độ của chùm sáng tạo ra dòng quang điện (1)
- Sóng điện từ vừa mang tính chất sóng vừa mang tính chất hạt
- Với sóng có bước sóng càng lớn thì tính chất sóng thể hiện càng rõ ( các hiện tượng như giao thoa, khúc xạ, tán sắc…)
Trang 3Với các sóng có bước sóng càng nhỏ thì tính chất hạt thể hiện càng rõ ( các hiện tượng như quang điện, khả năng đâm xuyên…)
4 THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Ánh sáng được tạo bởi các hạt gọi là phôton( các lượng tử ánh sáng) Mỗi phô tôn có năng lượng xác định = h.f ( f là tần số của sóng ánh sángđơn sắc tương ứng) Cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số phô tôn phát ra trong 1 giây
Phân tử, nguyên tử, eletron… phát ra hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phô tôn
Các phô tôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s trong chân không
5 CÁC CÔNG THỨC QUANG ĐIỆN CƠ BẢN
Ct1: Công thức xác định năng lượng phô tôn hf hc
Ct2: Công thức anh tanh về hiện tượng quang điện ngoài
2
2
2 0 0
mv 2
2
1
2 W
Ct3: Công suất của nguồn sáng- hoặc công suất chiếu sáng
hc
P n n h.f n
P n hc
Ct4: Cường độ dòng quang điện bão hòa Ibh n ee Ne
t
e
I n e
Ct5: Hiệu suất phát quang ne I.hc
Giải thích về ký hiệu:
- : Năng lượng photon ( J)
- h: Hằng số plank h= 6,625.10-34 j.s
- c: Vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s
- f : Tần số của ánh sáng kích thích ( Hz)
- : Bước sóng kích thích ( m)
- 0 : Giới hạn quang điện ( m)
- m : Khối lượng e me = 9,1 10-31 kg
- v : Vận tốc e quang điện ( m/s)
- Wdmax : Động năng cực đại của e quang điện ( J)
- Uh : Hiệu điện thế hãm, giá trị hiệu điện thế mà các e quang điện không thể bứt ra ngoài
- P: Công suất của nguồn kích thích ( J)
Trang 4- n : số phơ tơn đập tới ca tốt trong 1s
- ne : Số e bứt ra khỏi catot trong 1 s
- e : điện tích nguyên tố |e| = 1,6 10-19 C
- H : Hiệu suất lượng tử ( %)
- 1 MeV = 1,6 10-13 J
Định lý động năng
U q U 0
Để triệt tiêu dịng quang điện thì khơng cịn e quang điện
trở về Anot Cũng cĩ nghĩa là Wd = 0 hoặc e đã bị hút
ngược trở lại catot
1
2
6 MỘT SỐ BÀI TỐN CẦN CHÚ Ý
Bài tốn 1: Bài tốn xác định bán kính quĩ đạo của electron trong từ trường
2
v
R
qB
Bài tốn 2: Bài tốn xác định điện tích của quả cầu kim loại đặt trong khơng khí khi bị chiếu sáng để hiện tượng quang điện ngồi sảy ra:
Cơng thức Gauxo ta cĩ:
0
q E.S
Trong đĩ
0
1
4 k
E điện trường tạo ra của quả cầu
S là diện tích mặt cầu
q là diện tích của quả cầu
=
hằng số điện môi
Trong khơng khí : o 1
2
o
U
.4 R q.4 k
R
h
U R
q
k
Bài tốn 3 : Bài tốn xác định bán kính cực đại của e quang điện khi đến anot :
Trang 52
R V t
at
d
2
Với
2
h
2.q U m.V
q | U | V
2
BÀI 2 : TIA X
I PHƯƠNG PHÁP
Định nghĩa Tia X là sóng điện từ có bước sóng từ 8
10 đến 1012 m
Nguồn phát Do máy X quang phát ra
Tác dụng - Khả năng đâm xuyên cao
- Làm đen kính ảnh
- Làm phát quang một số chất
- Gây ra hiện tượng quang điện ngoài ở hầu hết các kim loại
- Làm ion hóa không khí
- Tác dụng sinh lý, hủy diệt tế bào
Ứng dụng - Chuẩn đoán hình ảnh trong y học
- Phát hiện khuyết tật trong các sản phẩm đúc
- Kiểm tra thành phần cấu trúc vật rắn
Các công thức bài tập * AK max2 max
min
2
Trong đó:
* Cường độ dòng điện trong ống Ronghen: In ee
* Tổng động năng của e khi va chạm đối ca tốt trong 1s:
1
e
Trang 6* Công thức xác định hiệu suất ống Cu-lit-giơ:
d
H
W
Với e là tổng năng lượng tia X
d
d
- q là độ lớn điện tích của electron 1, 6.1019C
- UAK là hiệu điện thế giữa anot và catot của máy (V)
- m là khối lượng các electron; m9,1.1031kg
- Vmax là vận tốc cực đại của các e khi đấp vào đối catot (m/s)
- h là hằng số plank
- fmax là tần số lớn nhất của bức xạ phát ra (Hz)
- là bước sóng của bức xạ (m) min
BÀI 3: MẪU NGUYÊN TỬ BOR-QUANG PHỔ HIDRO
1 TIÊN ĐỀ VỀ TRẠNG THÁI DỪNG
- 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
- 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 quỹđạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương của các số nguyên liên tiếp:
2
R n r với ro5,3.1011m Trong đó: R là bán kính quỹ đạo thứ n; n là quỹ đạo thứ n; n
0
r là bán kính cơ bản
o
2 TIÊN ĐỀ VỀ HẤP THỤ VÀ BỨC XẠ NĂNG LƯỢNG
Trang 7- Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng E n sang trạng thái dừng
có năng lượng thấp hơn E m thì nó phát ra một photon có năng lượng đúng bằng hiệu: E nE m
hf nm E nE m
- Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng E mà hấp thụ một m photon có năng lượng đúng bằng hiệu E nE thì nó chuyển lên trạng thái dừng có m năng lượng E n
nm n m
hc
- Từ tiên đề trên: Nếu một chất hấp thụ được ánh sáng có bước sóng nào thì nó cũng có thể phát ra ánh sáng đó
3 QUANG PHỔ VẠCH HIDRO
- Mức năng lượng ở trạng thái n: ,
n 2
13 6eV E
n với
n 1; 2;3
- electron bị ion hóa khi E 0
-
- Công thức xác định tổng số bức xạ có thể phát ra khi e đang
ở trạng thái dừng thứ n:
bx n 2
C
Trang 8BÀI 4: HIỆN TƯỢNG QUANG - PHÁT QUANG, TIA LAZE
1 HIỆN TƯỢNG QUANG - PHÁT QUANG
A Định nghĩa
- Một số chất có khả năng hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác Hiện tượng trên gọi là hiện tượng quang - phát quang
- Ví dụ: Chiếu tia tử ngoại vào dung dịch fluorexein thì dung dịch này sẽ phát ra ánh sáng màu lục Trong đó tia tử ngoại là ánh sáng kích thích còn ánh sáng màu lục là ánh sáng phát quang
- Ngoài hiện tượng quang - phát quang ta còn có thể đề cập đến hiện tượng quang khác
như: hóa - phát quang (đom đóm), phát quang catot (đèn hình tivi), điện - phát quang (đèn LED),
B Phân loại phát quang
Sự phát quang của các chất lỏng và khí có
đặc điểm là ánh sáng phát quang bị tắt nhanh
sau khi tắt ánh sáng kích thích Gọi là hiện
tượng huỳnh quang
Sự phát quang của nhiều chất rắn lại có đặc điểm là ánh sáng phát quang có thể kéo dài một khoảng thời gian nào đó sau khi tắt ánh sáng kích thích Sự phát quang trên gọi là hiện tượng lân quang
Ánh sáng huỳnh quang có bước sóng dài hơn
bước sóng của ánh sáng kích thích
Một số loại sơn xanh, đỏ, vàng, lục quét trên các biển báo giao thông hoặc ở đầu các cọc
Trang 9chỉ giới đường là các chất lân quang có thời gian kéo dài khoảng vài phần mười giây
Định luật Stock về hiện tượng phát quang: k p
Năng lượng mất mát trong quá trình hấp thụ photon:
Công thức hiệu suất phát quang: p p k
2 TIA LASER (LAZE)
A Định nghĩa Laser
- Laze là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên hiện tượng phát xạ cảm ứng
- Sự phát xạ cảm ứng: nếu một nguyên tử đang ở trạng thái kích thích sẵn sàng phát ra
một photon có năng lượng hf , bắt gặp một photon có năng lượng ' đúng bằng hf, bay lướt qua nó, thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra photon Photon có cùng năng lượng và bay cùng phương với photon ' Ngoài ra, sóng điện từ ứng với photon hoàn toàn cùng pha và dao động trong mặt phẳng song song với mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với photon '
B Đặc điểm của tia laze
- Tính đơn sắc cao (vì
có cùng năng lượng
ứng với sóng điện từ
có cùng bước sóng)
- Tính định hướng rất
cao (bay theo cùng
một phương)
- Tính kết hợp cao (cùng pha)
- Cường độ của chùm sáng rất lớn (số photon bay theo cùng một hướng rât lớn)
C Ứng dụng của tia laze
- Trong y học dùng làm dao mổ trong các phẫu thuật tinh vi
- Thông tin liên lạc (vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh)
- Trong công nghiệp dùng để khoan, cắt, tôi chính xác
Trang 10- Trong trắc địa dùng để đo khoảng cách, tam giác đạc
- Laze còn dùng trong các đầu đọc đĩa T
3 HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG
A Quang điện trong: hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết để 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 trên hiện tượng quang điện trong của một số chất bán
dẫn như đồng oxit, Selen, Silic
D 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
Trang 11CHƯƠNG VII: VẬT LÝ HẠT NHÂN BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ VẬT LÝ HẠT NHÂN
1 CẤU TẠO HẠT NHÂN A Z X
- X là tên nguyên tố
- Z là số hiệu (số proton hoặc số thứ tự trong bảng hệ thống tuần hoàn)
- A là số khối (số nuclon) A Z N
- N là số notron N A Z
- Công thức xác định bán kính hạt nhân:
1 15 3
R 1, 2.A 10
2 ĐỒNG VỊ
Là các nguyên tố có cùng số proton nhưng khác nhau số notron dẫn đến số khối A khác nhau
Ví dụ: 12 13 14 235 238
6 C; 6C; 6C , 92 U; 92 U ,
3 HỆ THỨC EINSTEIN VỀ KHỐI LƯỢNG VÀ NĂNG LƯỢNG
0 0
E m c trong đó:
E là năng lượng nghỉ 0
m là khối lượng nghỉ 0
c là vận tốc ánh sáng trong chân không 8
c3.10 m / s
b) 2
E mc trong đó:
E là năng lượng toàn phần
m là khối lượng tương đối tính
c) EE 0W d trong đó W là động năng của vật d