Lý thuyết Vật lý 12 - Chương 7: Lượng tử ánh sáng

Hiện tượng phát quang là hiện tượng một số chất khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó thì có khả năng phát ra các bức xạ điện từ trong miền ánh sáng nhìn thấy... Hãy tính bước sóng[r]

VII LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

A TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1 Hiện tượng quang điện - Thuyết lượng tử ánh sáng.

* Hiện tượng quang điện

là

* Các định luật quang điện

+ Định luật quang điện thứ nhất (định luật về giới hạn quang điện):

0

0

+ Định luật quang điện thứ hai (định luật về cường độ dòng quang điện bảo hòa):

$% &' ( ánh sáng thích * (có   0), c

chùm ánh sáng kích thích

+ Định luật quang điện thứ ba (định luật về động năng cực đại của quang electron):

mà 9 *? 6 vào b' sóng ánh sáng kích thích và + @ kim #

* Thuyết lượng tử ánh sáng

+ Chùm ánh sáng là

(f là

giây

+ Phân

phôtôn

+ Các phôtôn bay 7 theo tia sáng &' % 6 c = 3.108 m/s trong chân không

nguyên C2 phân C phát ra Vì & ta nhìn @ chùm sáng liên ?#

Phôtôn

* Giải thích các định luật quang điện



hc

2

max 0

+

 A =    0; &' 0 = chính là



hc

0



hc

A hc

+

quang electron

catôt trong

dòng quang

+ ]+ thíc F  I ba: Ta có: W0max = mv = - A, do

2

max

hc

quang electron 9 *? 6 vào b' sóng 1 ánh sáng kích thích và công thoát electron  V  kim

* Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng

Ánh sáng

Trong

sóng

Sóng

càng

càng

tính

#

2 Hiện tượng quang điện bên trong.

* Chất quang dẫn

ánh sáng thích *#

* Hiện tượng quang điện trong

ra các

* Quang điện trở

Quang

thay

* Pin quang điện

Pin quang

pin

Pin quang

nhân 2 con tàu &N ?2 trong các máy  ánh sáng, máy tính  túi …

3 Mẫu nguyên tử Bo.

* Mẫu nguyên tử của Bo

Tiên đề về trạng thái dừng

Trong các

kính hoàn toàn xác

nguyên và r0 = 5,3.10-11 m,

thái - +#

Bình

Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử

m mà

* Quang phổ phát xạ và hấp thụ của nguyên tử hidrô

cao – E@*

f c

quang *l &#

@* nào , mà / trong 6 chùm ánh sáng

cao – E@* cao T &.2 6 sóng ánh sáng

4 Hấp thụ và phản xạ lọc lựa ánh sáng – Màu sắc các vật.

* Hấp thụ ánh sáng

+

+

0e-d; &' I0 là c sáng

+

*? 6 vào b' sóng ánh sáng

Lop12.net

* Phản xạ (hoặc tán xạ) lọc lựa – Màu sắc các vật

+

sáng

+ Các

ánh sáng

+ Màu

chùm ánh sáng ó và nó f thành có màu en

5 Hiện tượng quang – Phát quang.

* Sự phát quang

+ Có

trong

+

+ Sau khi

quang

* Huỳnh quang và lân quang

* Định luật Xtốc về sự phát quang

Ánh sáng phát quang có ' sóng ’ dài - ' sóng 1 ánh sáng kích thích : ’ > 

* Ứng dụng của hiện tượng phát quang

6 S ơ lược về laze.

Laze là

* Sự phát xạ cảm ứng

phôtôn  Phôtôn  có cùng

phôtôn  hoàn toàn cùng pha và dao

Tùy theo

* Cấu tạo của laze rubi

Rubi 2O3 có pha Cr2O3

Laze rubi

1) có  *+ E quay vào phía trong D (2) là  bán 2 I là  6

này 2) có  *+ E quay &V phía G1 Hai 1 và G2 song song &' nhau Dùng

kích thích

2

* Đặc điểm của laze

+ Laze có tính

f f



10-15

+ Tia laze là chùm sáng

+ Tia laze là chùm sáng song song (có tính

' (trên 106 W/cm2)

* Một số ứng dụng của laze

+ Tia laze có

.U F &F2 V Z con tàu &N ?2 )

+ Tia laze

+ Tia laze

+ Ngoài ra tia laze còn

B CÁC DẠNG BÀI TẬP

1 Hiện tượng quang diện ngoài.

* Các công thức:

* U vào

 hc

Công

hf = = A + mv = + Wdmax; 0 = ; Uh = -



hc

2

max 0

0



hc

A

hc

e

W d max

$ U =  + < kim  cô * &V     khi U chùm sáng có   0: Vmax =

e

W d max



hc



n

n e

lr = qvBsin ; Fht = maht =

R

mv2

*

các

* Bài tập minh họa:

Cho h = 6,625.10-34 Js; c = 3.108 m/s; |e| = 1,6.10-19 C; me = 9,1.10-31 kg

1 Công thoát electron

2 Công thoát electron  ‹ là 4,25 eV BU vào 6 @ ‹  cô * &V  6 chùm I E 

% ban < =  là v = 0,4.106 m/s Tính công thoát electron và

 ,#

4 Công thoát electron

3 A Tính

5 BU 6 I E  a có ' sóng  vào catôt 1 6 U bào quang # qU công thoát electron 1 kim  làm catôt là 3 eV và các electron ! ra &' & % ban < =  là 7.105 m/s Xác F ' sóng

1 I E  a , và cho U I E  a , 6 vùng nào trong thang sóng  a#

6 BU I E có ' sóng  = 0,438 m vào catôt 1 6 U bào quang # qU kim  làm catôt 1

0 = 0,62 m Tìm  áp hãm làm  tiêu dòng quang #

7 BU I E có ' sóng 0,405 m vào 6 @ kim  thì các quang electron có & % ban < =

 là v1 Thay 14 Hz thì & % ban < =  1 các quang electron là

v2 = 2v1 Tìm công thoát electron 1 kim #

Lop12.net

8

4,5 A

catôt và

9 BU I E có ' sóng  = 0,4 m vào catôt 1 6 U bào quang # qU công thoát electron 1

quang electron khi ' anôt

* Hướng dẫn giải và đáp số:

1 Ta có: 0 = 19 = 0,27.10-6 m; Wd0 = - A = 6,88.10-19 J; Vmax = = 4,3 V

8 34

10 6 , 1 57 , 4

10 3 10 625 , 6







A

hc



hc

e

W d 0

2 Ta có: Wd0max = eVmax = 3 eV;  = = 0,274.10- 6 m; f = = 1,1.1014 Hz

d0 ax

W m

hc

A

c



3 Ta có: A = hf - 02= 3,088.10-19 J; 0 = = 0,64.10-6 m

2

1

mv

A hc

4 Ta có: Wd0 = - A = 1,55.10-19 J; v0 = = 0,58.106 m/s; ne = = 1,875.1013



hc

m

W d 0

2

e

I bh

5 Ta có:  = = 0,215.10-6 m;

2 0

2

1

mv A

hc



6 Ta có: Wd0 = - = 1,33.10-19 J; Uh = - = - 0,83 V



hc

0



hc

e

W d 0

7 Ta có: f1 = = 7,4.1014 Hz; = hf1 – A; = 4 = hf2 – A

1



1

2

1

2

1

2

1

mv

 4 =  A = = 3.10-19 J

A

hf

A

hf





1

2

3

4hf1hf2

8 Ta có: Wd0 = - A = 1,7.10-19 J; v0 = = 0,6.106 m/s



hc

m

W d 0

2

ne = = 2,8.1013; n = = 3.1015  H = = 9,3.10-3 = 0,93%

e

I bh

hc

P hc







n

n e

9 Ta có: W0 = - A = 8,17.10-19 J;Wmax = W0 + |e|UAK = 16,17.10-19 J = 10,1 eV

 hc

2 Quang phổ vạch của nguyên tử hyđrô – Hiện tượng phát quang.

* Kiến thức liên quan:

Quang *l & 1 nguyên C >4 En – Em = hf =

 hc

Bán kính n = n2r1; &' r1 = 0,53.10-11m là bán kính Bo

f p  K)

n = -132,6eV; &' n  N*

n

sáng thích * U vào

: ’ > .

* Bài tập minh họa:

Cho 1 eV = 1,6.10-19 J ; h = 6,625.10-34 Js ; c = 3.108 m/s; me = 9,1.10-31 kg

1 q' sóng 1 & quang *l < tiên trong dãy Laiman là 0 = 122 nm, 1 hai & H và H trong dãy Banme <   là 1 = 656nm và 2 = 486 nm Hãy tính ' sóng 1 & quang *l I hai trong dãy Laiman và & < tiên trong dãy Pasen

2 Trong quang

1 = 0,1216 m và

2 = 0,1026 m Hãy tính ' sóng dài @ 3 trong dãy Banme

n

a) Tính ra Jun

b) Tính ra mét ' sóng 1 &  H trong dãy Banme

4 Khi êlectron f qup o dang thI n thì n;ng l ng c1a nguyên tC hirô  c tính theo công thIc

En = - 13,26(eV) (n = 1, 2, 3,…) Tính b'c sóng c1a bIc x do nguyên tC hirô phát ra khi êlectron trong nguyên

n

tC hirô chuyZn ta qup o dang n = 3 sang qup o dang n = 2

EM = -1,51 eV; EN = -0,85 eV; EO = -0,54 eV Hãy tìm

phát ra

6 qU ' sóng 1 hai & < tiên trong dãy Laiman 1 nguyên C > là L1 = 0,122 m và

trong quang

I @#

7

0,50 m Cho

Hãy tính

8

xung ánh sáng

xung *+ E f 6 máy thu  f Trái $@ là 2,667 s `5 gian kéo dài 1 ( xung là t0 = 10-7 s

a) Tính

* Hướng dẫn giải và đáp số:

1 Ta có: = E3 - E1 = E3 - E2 + E2 - E1 = +

0



hc  31 = = 103 nm;

31



hc

1



hc

1 0

1 0











= E4 - E3 = E4 - E2 + E2 - E3 = -  43 = = 1875 nm

43



hc

2



hc

1



hc

2 1

2 1











2 Ta có: = EM - EL = EM - EK + EK - EL = -  3 = = 0,6566 m

3



hc

2



hc

1



hc

2 1

2 1











3 a)

1) ra  % liên U &'  nhân (n = ) Do , E = E - E1 = 0 - (- ) = 21,76.10-19 J

2 19

1

10 6 , 1 6 ,

b) Ta có: = E3 – E2 = - - (- )  32 = = 0.658.10-6 m

32



hc

2 19

3

10 6 , 1 6 ,

2 19

2

10 6 , 1 6 ,

19

10 6 , 1 6 , 13 5

36



hc

4 Ta có: E3 = - 2 eV = - 1,511 eV; E2 = - eV = - 3,400 eV;

3

6 , 13

2

2

6 , 13

E3 - E2 =  32 = = 6,576.10-7 m = 0,6576 m

32



hc

2

E

hc



5 Ta có: LK = = 0,1218.10-6m; MK = = 0,1027.10-6m;

K

L E E

hc

hc

 Lop12.net

NK = = 0,0974.10-6m; OK = = 0,0951.10-6m.

K

N E

E

hc

hc



6 Ta có: = EM - EL = EM - EK - (EL - EK) = -   = = 0,6739 m





hc

2

L

hc

hc

  L1L1  L2L2







= EM – EK  EK = - EM - = - 13,54 eV; EL = EK + = - 3,36 eV

2

L

hc

hc

hc



hc

W hc

W



W hc

W

'

' '







 W

W W

W n

n' ' ' 0,01 '





8 a) Ta có: S = c = 4.108 m b) Ta có: P = = 1011 W

2

t

0

0

t W

C MỘT SỐ CÂU TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP

* Đề thi ĐH – CĐ năm 2009:

1 Khi nói

A

B Phôtôn có

C

D Ánh sáng

2 Nguyên

3

êlectron

nhiêu &

e = 1,6.10-19 C

5 Công thoát electron 1 6 kim  là 7,64.10-19J BU <   vào V  @ kim  này các I E

có ' sóng là 1 = 0,18 m, 2 = 0,21 m và 3 = 0,35 m s@ h = 6,625.10-34 Js, c = 3.108 m/s qI E nào gây

A Hai I E (1 và 2) B Không có I E nào trong ba I E trên.

C B+ ba I E (1, 2 và 3) D B9 có I E 1

6 Pin quang

A hóa

B quang

C

D

7 $% &' nguyên C >2 khi êlectron .Z a p  M &V p  K thì nguyên C phát ra phôtôn có

' sóng 0,1026 µm s@ h = 6,625.10-34 Js, e = 1,6.10-19 C và c = 3.108 m/s

8

-34 Js, c = 3.108 m/s và me = 9,1.10-31 kg

A 2,29.104 m/s B 9,24.103 m/s C 9,61.105 m/s D 1,34.106 m/s

9 Dùng

A T > L > e$ B T > $ > eL C $ > L > eT D L > T > $

11

-13,6 eV; -1,51 eV Cho U h = 6,625.10-34 Js; c = 3.108 m/s và e = 1,6.10-19 C Khi êlectron .Z a p

A 102,7 m B 102,7 mm C 102,7 nm D 102,7 pm.

12 Khi

A ánh sáng màu tím B ánh sáng màuvàng C ánh sáng màu # D ánh sáng màu ?#

13 Trong quang *l & 1 nguyên C >2 ' sóng dài @ 1 & quang *l trong dãy Lai-man và trong dãy Ban-me <   là 1 và 2 q' sóng dài I hai 6 dãy Lai-man có giá F là

 

 

 

 

  

14 Trong

A

B

C

D

6,625.10-34 Js; c = 3.108 m/s

Đề thi ĐH – CĐ năm 2010

16 Khi êlectron f qup o dang thI n thì n;ng l ng c1a nguyên tC hirô  c tính theo công thIc - 13,26(eV)

n

(n = 1, 2, 3,…) Khi êlectron trong nguyên tC hirô chuyZn ta qup o dang n = 3 sang qup o dang n = 2 thì nguyên tC hirô phát ra phôtôn Ing v'i bIc x có b'c sóng b/ng

A 0,4350 ‘m B 0,4861 ‘m C 0,6576 ‘m D 0,4102 ‘m

17 M6t ch@t có kh+ n;ng phát ra ánh sáng phát quang v'i t<n s% f = 6.1014 Hz Khi dùng ánh sáng có b'c sóng nào d'i ây Z kích thích thì ch@t này không thể phát quang?

18 Theo tiên V 1 Bo, khi êlectron trong nguyên C > .Z a p  L sang p  K thì nguyên

tC phát ra phôtôn có b'c sóng ’21, khi êlectron chuyZn ta qup o M sang qup o L thì nguyên C phát ra phôtôn có ' sóng ’32 và khi êlectron .Z a p  M sang p  K thì nguyên tC phát ra phôtôn có

b'c sóng ’31 BiZu thIc xác Fnh ’31 là

A 31 = B 31 = 32 - 21 C 31 = 32 + 21 D 31 =

31 21

21 32















19 Theo mhu nguyên tC Bo, bán kính qup o K c1a êlectron trong nguyên tC hirô là r0 Khi êlectron chuyZn

ta qup o N vV qup o L thì bán kính qup o gi+m b't

20 M6t kim loi có công thoát êlectron là 7,2.10-19 J ChiUu l<n l t vào kim loi này các bIc x có b'c sóng

’1 = 0,18 ‘m, ’2 = 0,21 ‘m, ’3 = 0,32

f kim  này có ' sóng là

A ’1, ’2 và ’3 B ’1 và ’2 C ’2, ’3 và ’4 D ’3 và ’4

21 Khi

ánh sáng màu l?c $ó là hin t ng

A ph+n x ánh sáng B quang - phát quang C hóa - phát quang D tán s!c ánh sáng

22 Theo

A Ánh sáng

B

C Trong chân không, các phôtôn bay 7 theo tia sáng &' % 6 c = 3.108 m/s

D Phân

10 W

A 3,02.1019 B 0,33.1019 C 3,02.1020 D 3,24.1019

m = -3,4 eV

A 0,654.10-7m B 0,654.10-6m. C 0,654.10-5m D 0,654.10-4m

25

* Đáp án: 1 D 2 A 3 C 4 A 5 A 6 B 7 C 8 C 9 B 10 A 11 C 12 A 13 B 14 A 15 A 16 C 17 A 18 D

19 A 20 B 21 B 22 A 24 B 25 A

Lop12.net

VIII SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP

A TÓM TẮT LÝ THUYẾT

* Các tiên đề Anhxtanh:

- Tiên

- Tiên đề II: `% 6 ánh sáng trong chân không là  nhau trong   qui U quán tính, không *?

8 m/s

* Hệ quả của thuyết tương đối hẹp:

- Sự co lại của độ dài: Khi 6 thanh có 6 dài riêng l0

2

2

1 v

c



> t0

0 2

2

1

t v c



 qui

- Khối lượng của vật chuyển động (khối lượng tương đối tính): m = 0 ; &' m0 là

2

2

1

m v c



- Động lượng tương đối tính: = m = p



v



0 2

2

1

m v c



v



* Năng lượng toàn phần của vật có khối lượng tương đối tính m: E = mc2 =

2 0 2

2

1

m c v c



* Năng lượng nghĩ: E0 = m0c2

* Động năng của vật khối lượng nghĩ m 0 chuyển động với vận tốc v: W = mc2 – m0c2 = m0c2

2

2

1 1

1 v

c



* Với phôtôn:  = hc = mphc2  mph = ; m0ph = mph = 0 vì phôtôn



h c

2

2

1 v

c



B CÁC DẠNG BÀI TẬP

* Các công thức:

+ _= co  1 6 dài: l = l0 ; &' l0 là

2

2

1 v

c

 7 theo ? trùng &' V dài 1 nó &' & % v

+ _= giãn ra 1 5 gian: t = 0 ; &' t0 là

2

2

1

t v c





2

2

1

m v c



+ p



v



0 2

2

1

m v c



v



2 0 2

2

1

m c v c



2

2

1 1

1 v

c



c

h



* Phương pháp giải:

tìm và các

* Bài tập minh họa:

1

Tính

2 D6 cái ' khi / yên 7 theo 6 ?  6 1  quy U quán tính K thì có V dài l0 = 1 m Khi

3

Tính 6 co V dài 1 nó

4 Sau 20 phút tính theo

5

% 6 1  ,# Cho & % 1 ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s

6 Tính

không Cho & % 1 ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s

h = 6,625.10-34 Js

* Hướng dẫn giải và đáp số:

2

2

1

m v c



0 2

2

(0, 6 ) 1

m c c



2 Ta có: l = l0 = l0 = 0,8 m

2

2

1 v

c

 1 (0, 6 )2c 2

c



3 Ta có: l = l0  l = l0 – l = l0(1 - ) = 24 cm

2

2

1 v

c

c



t = t – t0 = 0 - t0 = t0( - 1) = 300 s = 5 phút

2

2

1

t v c

1

1 v

c



5 Ta có: p = mv = 0 v = 2m0v  =  v = c = 2,6.108 m/s

2

2

1

m v c



2

2

1 v

c

2

3 2

Lop12.net

6 Ta có: W = mc2 – m0c2 = m0c2 = 2m0c2  - 1 = 2  v = c = 2,83.108 m/s.

2

2

1 1

1 v

c



2

2

1

1 v

c



8 3

7 Ta có: mph = h = 4,4.10-36 kg

c

8 Ta có: pph = mphc = h = 11.10-28 kgm/s



9 Ta có: mc2 = 0 c2 = 2m0c2  v = c = 2,6.108 m/s

2

2

1

m v c



3 2

C MỘT SỐ CÂU TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP

1

2 D6 cái ' khi / yên 7 theo 6 ?  6 1  quy U quán tính K thì có V dài riêng là

0

l

thì V dài 1 '    trong  K là

2

v

1

c



l

2

v 1 c



v 1 c



v 1 c

 l

3

12 phút (tính theo

4

% 6 v = 0,6c trong  qui U quán tính &' c là % 6 ánh sáng trong chân không) $6 co V dài

1 ' là

5

A hình vông, 100 cm2 B hình i 2 60 cm2

C hình thoi, 60 cm2 D hình thoi, 80 cm2

6

A 2.108 m/s B 2,5.108 m/s C 2,6.108 m/s D 2,8.108 m/s

7

; ánh sáng, con tàu &N ?  &' % 6 v = 0,8c Khi U sao A, anh ta bao nhiêu l

A 32 l# B 37,5 l# C 32,5 l# D 42,5 l#

8

9

3

-31 kg

A 9,1.10-31 kg B 18,2.10-31 kg C 27,3.10-31 kg D 36,4.10-31 kg

Đáp án: 1 A 2 B 3 C 4 A 5 B 6 C 7 C 8 D 9 B 10 C.

* Thuyết lượng tử ánh sáng< /b>

+ Chùm ánh sáng

(f

giây

+ Phân

phôtôn

+ Các phôtôn bay 7 theo tia sáng &'' % 6 c =... mà / 6 chùm ánh sáng

cao – E@* cao T &.2 6 sóng ánh sáng

4 Hấp thụ phản xạ lọc lựa ánh sáng – Màu sắc vật.

*... Hấp thụ ánh sáng< /b>

+

+

0e-? ??d; &'' I0 c sáng

+

*? 6 vào b'' sóng ánh sáng

Lop12.net