a) Quang trở là hiện tượng điện trở của chất bán dẫn giảm đi khi khi bị chiếu sáng. b) Ứng dụng :Chế tạo các điện trở có giá trị thay đổi theo cường độ ánh sáng kích thích. c) Cấu tạo:L[r]
Trang 1I bh
I o
U h O
I
U U’
Bài 1.HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN
1 Thí nghiệm HERTZ :
a) Dụng cụ: Hồ quang điện, tấm Zn, điện nghiệm
b) Mô tả:
Chiếu chùm ánh sáng do hồ quang phát ra vào tấm Zn tích điện âm gắn trên điện nghiệm E
Quan sát thấy hai lá của điện nghiệm cụp lại Chứng tỏ Zn đã mất điện âm
Hiện tượng xảy ra tương tự nếu thay Zn bằng kim loại khác…
c) Kết luận:
Khi đươc kích thích bằng bức xạ thích hợp (bước sóng ngắn) vào một tấm kim loại thì nó làm các electron ở bề mặt tấm kim loại bật ra; đó là hiện tượng quang điện Các electron bị
bật ra khỏi bề mặt kim loại gọi là electron quang điện.
2 Thí nghiệm với tế bào quang điện :
a) Cấu tạo tế bào quang điện: Tế bào quang điện là bình chân không nhỏ có hai điện cực:
Anod là vòng dây kim loại
Catod bằng kim loại có dạng chỏm cầu
a) Mô tả:
Anh sáng hồ quang chiếu vào catod được cho qua một kính lọc để chỉ cho qua ánh sáng đơn sắc cần khảo sát
Hiệu điện thế giữa anod và catod có thể thay đổi giá trị và chiều nhờ con chạy T
Để phát hiện dòng điện người ta dùng miliampère kế
Khi UAC = Uh I = 0 ; ne = 0 không có các e đến anod
Khi UAC = 0 I = I0 khác không;ne khác không:có các e đến anod
Khi UAC tăng I tăng
Khi UAC = U’ I = I bh
Khi UAC tăng I = I bh b) Kết luận :
Khi tế bào quang điện được kích thích bằng ánh sáng thích hợp thì dòng quang điện xuất hiện
Hiện tượng quang điện là hiện tượng một số electron bứt ra khỏi bề mặt kim loại khi
được kích thích bằng ánh sáng thích hợp.
Hiện tượng quang điện chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt (lượng tử).
Trang 2Bài 2 THUYẾT LƯỢNG TỬ
1 Thuyết lượng tử :
a) Nội dung:Nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thu hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà thành từng phần riêng biệt đứt quãng.Mỗi phần mang một năng lượng xác định có độ lớn là gọi là lượng tử năng lượng.
b) Công thức :
c : Vận tốc ánh sáng
: Bước sóng ánh sáng
h = 6,62.10 –34 Js : hằng số Planck
2 Công thức Einstein :
Hiện tượng quang điện là sự va chạm giữa một photon và một electron kim loại.Khi va chạm nhau,photon nhường năng lượng cho electron.
Năng lượng này để:
o Cung cấp công thoát A t cho electron để nó thắng lực liên kết.
o Cung cấp cho electron động năng ban đầu cực đại E đ 0 max
Công thức :
3 Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng:
Ánh sáng nhìn thấy được,tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X đều là sóng điện từ với các
bước sóng khác nhau;nghĩa là cùng bản chất điện từ.
Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính hạt(lượng tử) nghĩa là ánh sáng có lưỡng tính
sóng – hạt.
Những sóng điện từ có bước sóng càng nhỏ thì tính chất hạt càng rõ nét.
Tác dụng thể hiện tính hạt:Đâm xuyên mạnh,quang điện,phát quang,ion hóa …
Những sóng điện từ có bước sóng lớn tính chất sóng càng rõ nét,tính hạt mờ nhạt.
Tác dụng thể hiện tính chất sóng:Giao thoa,tán sắc,nhiễu xạ…
Bài 3 CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN.
1 Các định luật quang điện :
a) Định luật quang điện I :( định luật về giới hạn quang điện)
Đối với mỗi kim loại dùng làm catod có một bước sóng giới hạn 0 nhất định gọi là giới
hạn quang điện của kim loại đó.Hiện tượng quang điện xảy ra khi bước sóng ánh sáng kích thích nhỏ hơn giới hạn quang điện.
askt ≤ 0 KL(catod)
Thí dụ:
0 (Ag) = 260 nm 0 (Na) = 500 nm 0 (Zn) = 350 nm b) Định luật quang điện II :(định luật về cường độ dòng quang điện)
Với ánh sáng kích thích thích hợp thì cường độ dòng quang điện bão hòa I bh tỉ lệ với cường độ chùm ánh sáng kích thích
askt ≤ 0 => I bh ~ I askt
c) Định luật quang điện III:(định luật về động năng ban đầu cực đại )
Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện không phụ thuộc cường độ chùm ánh sáng kích mà chỉ phụ thuộc bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại làm catod.
E đ 0 max I askt
E đ 0 max askt và KL(catod)
ε=h f =h c
λ
hf = A t+1
2mv
2 0 max
1
2mv
2d0max
=e|U h|
Trang 3ĐIỆN CựỰC
BÁN DẪN CÁCH ĐIỆN
Cu2 O
Cu
2 Giải thích các định luật quang điện bằng thuyết lượng tử :
a) Giải thích định luật I :Ta có :
Vậy : b) Giải thích định luật II :Gọi Ne là số electron quang điện N là số photon
Ibh ~ Ne ~ N ~ Iaskt
Vậy : Ibh ~ Iaskt
c) Giải thích định luật quang điện III:
Theo công thức Einstein:
Vậy E đ 0 max Iaskt
E đ 0 max askt
At KL(catod)
Bài 4 QUANG TRỞ và PIN QUANG ĐIỆN
1 Hiện tượng quang điện trong :
a) Định nghĩa :là hiện tượng giải phóng các electron liên kết của chất bán dẫn để trở thành các electron quang dẫn do tác dụng của bức xạ thích hợp
b) So sánh hiện tượng quang điện trong và hiện tượng quang điện ngoài:
Phải được kích thích bằng ánh sáng kích thích thích hợp
Quang điện trong :Các electron vẫn ở trong chất bán dẫn khi có ánh sáng kích thích
Quang điện ngoài : Các electron bứt ra khỏi kim loại khi bị kích thích
Công thoát của chất bán dẫn nhỏ hơn công thoát của kim loại
2 Quang trở :
a) Quang trở là hiện tượng điện trở của chất bán dẫn giảm đi khi khi bị chiếu sáng
b) Ứng dụng :Chế tạo các điện trở có giá trị thay đổi theo cường độ ánh sáng kích thích
c) Cấu tạo:Lớp bán dẫn mỏng (cadimi sulfur CdS ) ;tấm cách điện;điện cực bằng kim loại
d) Hoạt động:
Nối quang trở với nguồn ( vài volt )
Đặt quang trở trong bóng tối:Không có dòng điện
Chiếu askt có bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang dẫn:xuất hiện dòng điện
Điện trở của quang trở giảm rất mạnh khi có ánh sáng kích thích thích hợp
3 P i n quang điện :
a) Định nghĩa :Pin quang điện là nguồn điện trong đó quang năng chuyển hóa thành điện năng.Pin quang điện hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện trong của các chất bán dẫn:german, silic,selen …
b) Cấu tạo :Pin đồng oxit như hình vẽ
c) Hoạt động:
Selen là chất bán dẫn loại n (âm)
Khi ghép vàng với selen thì lớp tiếp xúc có tính chất p – n
1
2mv
2 0max
=hf −A t⇒h c
λ askt−A t≥0⇒ At≤h c
λ askt⇒λ askt≤h c
A t
λ askt≤λ0=hc
A t
hf = A t+1
2mv
2
0 max
⇒1
2mv
2
0 max
= hc
λ askt−A t
Trang 4 Khi ánh sáng kích thích lớp tiếp xúc Au – Se sẽ xảy ra hiện tượng quang điện trong:
o Electron từ Au sang Se
o Lỗ trống từ Se qua Au
d) Ứng dụng :Máy đo ánh sáng,màu sắc như lux kế,chế tạo pin dùng trên tàu vũ trụ …
Bài 5 ỨNG DỤNG THUYẾT LƯỢNG TỬ TRONG NGUYÊN TỬ HIDRO
1 Mẫu nguyên tử Bohr :
a) Mẫu nguyên tử của Rutherford:Mẫu hành tinh nguyên tử
Hạt nhân ở tâm nguyên tử,mang điện dương.Các electron chuyển động quanh hạt nhân theo quĩ đạo tròn
Thiếu sót:
o Khi bức xạ sẽ phát ra quang phổ liên tục
o Nguyên tử không bền vững
b) Mẫu nguyên tử Bohr :Về cấu tạo giống như mẫu nguyên tử của Rutherford Phần a)
Tiên đề Bohr :
o Tiên đề về trạng thái dừng :
Nguyên tử chỉ tồn tại trong những trạng thái có năng lượng xác định gọi là
trạng thái dừng.Các trạng thái dừng được kí hiệu:K , L , M , …
Ở trạng thái dừng,nguyên tử không hấp thụ hoặc bức xạ,electron chuyển động
quanh hạt nhân theo quĩ đạo dừng bán kính rn
o Tiên đề về hấp thụ và bức xạ năng lượng của nguyên tử :
Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng E m sang trạng thái dừng có năng lượng E n thì nó bức xạ hoặc hấp thụ photon có tần số sao cho :
Nếu E m > E n : Nguyên tử phát photon
Nếu E m < E n : Nguyên tử hấp thụ photon
Sự chuyển trạng thái dừng E m sang E n ứng với một electron nhảy từ quĩ
đạo bán kính rm sang quĩ đạo bán kính r n và ngược lại.
Áp dụng cho nguyên tử hidro:
o Năng lượng nguyên tử H không liên tục mà gián đoạn (lượng tử) :
Với : n = 1 ,2 , 3 … lượng tử số
o Bán kính quĩ đạo dừng:
r n = n2.r0 Với : r 0 = 0,53.10 –10 m
r r0 4 r0 9 r0 16 r0 25 r0 36 r0
Tên quĩ đạo K L M N O P
2 Quang phổ vạch của nguyên tử hidro:
a) Cơ cấu phát xạ:
Khi nguyên tử H nhận thêm năng lượng,nó sẽ chuyển sang các mức năng lượng cao hơn
E1 , E 2… khi đó electron nhảy từ quĩ đạo K sang M , N , … ra xa hạt nhân
Nguyên tử ở trạng thái kích thích khoảng 10 - 8s rồi chuyển về trạng thái có năng lượng thấp hơn và cuối cùng về trạng thái bình thường.Trong mỗi bước nhảy,nguyên tử phát ra photon tạo thành vạch quang phổ
b) Sự tạo thành các dãy quang phổ : Theo sơ đồ mức năng lượng:
ε=h f =E m−E n
E n=−13 , 6
n2 eV
Trang 5Lyman K
M N O
L P
Balmer
Paschenn H
H H H
n=1
n=2
n=3 n=4 n=5 n=6
Dãy Lyman:
Khi è từ các quĩ đạo P,O,N,M,L về K : phát ra photon ứng với các vạch Lyman.
Dãy Balmer:
Khi è từ các quĩ đạo P,O,N,M về L : phát ra photon ứng với các vạch H,H,H ,H
Dãy Paschen:
Khi è từ các quĩ đạo P , O , N về M : phát ra photon ứng với các vạch Paschen.
3 Thiếu sót của mẫu nguyên tử Bohr:
Chỉ áp dụng cho hidro và các ion He+ , Li++…không giải thích được quang phổ của He và các nguyên tử nhiều e
Tiên đề Bohr vận dụng thuyết lượng tử nhưng thuật toán vẫn dùng cơ học cổ điển
Bài 6 HẤP THỤ VÀ PHẢN XẠ LỌC LỰA ÁNH SÁNG.
1 Cường độ chùm sáng:
Cường độ chùm sáng là năng lượng mà ánh sáng tải qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với tia sáng trong một giây
Kí hiệu: I Đơn vị: W/m2
2 Hấp thụ ánh sáng:
a ĐN:Hiện tượng môi trường vật chất làm giảm cường độ của chùm sáng truyền qua nó
b Nguyên nhân: Do sự tương tác giữa photon với các nguyên tử cấu tạo nên môi trường
c Hấp thụ lọc lựa :
Sự hấp thụ ánh sáng của một môi trường có tính lọc lựa
Chất trong suốt trong 1 miền quang phổ là chất không hấp thụ ánh sáng trong miền quang phổ đó
Vật chất trong suốt không màu là vật chất không hấp thụ ánh sáng trong miền nhìn thấy.Thí dụ: Thủy tinh không màu,không khí …
Vật chất trong suốt có màu là vật chất hấp thụ lọc lựa ánh sáng
Vật chất có màu đen khi vật chất hấp thụ hoàn toàn ánh sáng truyền tới nó
d Định luật về sự hấp thụ ánh sáng:
Cường độ I của chùm sáng đơn sắc khi truyền qua môi trường giảm theo định luật hàm mũ của độ dài d của đường đi tia sáng
Công thức: I= I0e- d∝
Io : cường độ chùm sáng tới môi trường (W/m2)
Trang 6d: độ dài đường đi của tia sáng
: hệ số hấp thụ của môi trường
3 Sự phản xạ (tán xạ) lọc lựa:
Vật có khả năng phản xạ-tán xạ lọc lựa nên khi chiếu ánh sáng trắng vào một vật ánh sáng phản xạ
là ánh sáng màu nên các vật có màu khác nhau
Thí dụ: Vật sơn màu đỏ hấp thụ hầu hết các as màu khác và phản xạ - tán xạ màu đỏ tới mắt ta, do
đó ta thấy vật màu đỏ
Nếu chiếu vào vật màu đỏ ánh sáng màu lục thì vật có màu đen
Bài 7 SỰ PHÁT QUANG.
1 Sự phát quang:
Hiện tượng phát quang: là hiện tượng một chất hấp thụ năng lượng sau đó bức xạ điện từ trong miền ánh sáng nhìn thấy
Thí dụ: Đom đóm( hóa phát quang),ZnS bị chiếu bởi tử ngoại…Lớp huỳnh quang ở đèn ống…(quang phát quang);đèn LED(điện phát quang)
Thời gian phát quang là khoảng thời gian từ lúc bị kích thích đến khi ngừng phát quang
Hiện tượng quang-phát quang là hiện tượng một số chất hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác
Đặc điểm :
o Sự phát quang xảy ra ở nhiệt độ thường
o Mỗi chất phát quang có quang phổ đặc trưng cho nó
o Sau khi ngừng kích thích,sự phát quang kéo dài từ 10-10s đến vài giây
2 Các dạng phát quang:
Huỳnh quang là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn < 10-8s ,thường là chất lỏng,khí
Lân quang thời gian phát quang >10-10s ,thường là chất rắn
3 Định luật Stokes:
hấp thụ > phát quang hấp thụ < phát quang
4 Sơ lược về LASER:
a/Laser là nguồn sáng phát ra chùm sáng song song,kết hợp,có tính đơn sắc rất cao và có cường độ lớn.
Độ sai lệch tần số tương đối f/f = 10-15 nên tính đơn sắc cao
Chùm sáng kết hợp vì các photon có cùng f ;cùng pha
Chùm sáng song song nên tính định hướng cao
Cường độ lớn.Thí dụ:Laser rubi có I=106W/m2
b/ Nguyên tắc phát xạ của laser:Hiện tượng phát xạ cảm ứng.
c/Các loại laser:hồng ngọc,rắn,khí,bán dẫn
d/Ứng dụng:Liên lạc vô tuyến,dao mổ trong ngành y,đọc đĩa CD,khoan cắt vật rắn
CÂU HỎI
1 Trình bày thí nghiệm Hertz
2 Trình bày thí nghiệm với tế bào quang điện-Vẽ đường đặc trưng volt-ampere và giải thích
3 Phát biểu 3 định luật quang điện và giải thích bằng thuyết lượng tử
4 Lưỡng tính sóng –hạt của ánh sáng
5 Hiện tượng quang điện trong là gì? Quang trở – pin quang điện
6 Trình bày các tiên đề Bohr và áp dụng cho nguyên tử H
7 Dùng các tiên đề Bohr để giải thích quang phổ vạch của nguyên tử H
8 Khi hoạt động sự khác biệt cơ bản giữa tế bào quang điện và ống Roengent là gì ?
9 Trình bày hiệu ứng quang điện trong và ngoài