Giải bài tập Vật lý 12 Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

  • Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng trang 1
  • Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng trang 2
  • Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng trang 3
  • Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng trang 4
CHƯƠNG VI
LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
§30. HIỆN TƯỌNG quang diện.
THUYÊTUÍỌNGTỬÁNHSÁNG
A. KIẾN THỨC Cơ BẢN
Định nghĩa hiện tượng quang điện
Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài).
Định luật về giới hạn quang điện
Đốì với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng 2 ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện 20 của kim loại đó mới gây ra được hiện tượng quang điện.
Giả thuyết Plăng
Lượng năng lượng mà mỗi lần 1 nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf, trong đó, f là tần sô' của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra, còn h là 1 hằng sô'.
Lượng tử năng lượng
e = hf
Với h = 6,625.10"34 (J.s): gọi là hằng sô' Plăng.
Thuyết lượng tử ánh sáng
Ánh sáng được tạo thành từ các hạt gọi là phôtôn.
Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần sô' f, các phôtôn đều giông nhau. Mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf.
Trong chân không, phôtôn bay với vận tô'c c = 3.108 m/s dọc theo các tia sáng.
Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ 1 phôtôn.
Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động, không có phôtôn đứng yên.
Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng
Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính châ't hạt.
Vậy ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt.
B. CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC
31 Nếu làm thí nghiệm với tấm kẽm tích diện dương thì góc lệch của kim tĩnh điện kế sẽ không bị thay dổi khi chiếu vào tấm kẽm bằng ánh sáng hồ quang. Tại sao?
S3 Nêu sự khác biệt giữa giả thuyết Plăng với quan niệm thông thường về sự phát xạ và hấp thụ năng lượng.
Hướng dẫn giải
31 Nếu làm thí nghiệm với tấm kẽm tích điện dương thì góc lệch của kim tĩnh điện kế sẽ không bị thay đổi khi chiếu vào tấm kẽm bằng ánh sáng hồ quang vì: khi electron bức ra khỏi tấm kim loại kẽm sẽ bị điện tích dương hút lại, do đó điện tích trên tấm kẽm không thay đổi, nên góc lệch của kim điện kế không đổi.
Sự khác biệt giữa giả thuyết Plăng với quan niệm thông thường về sự phát xạ và hấp thụ năng lượng.
Theo quan niệm thông thường: năng lượng được hấp thụ và bức xạ liên tục. Sự phát xạ và hấp thụ năng lượng trao đổi có thể nhỏ bao nhiêu cũng được.
Còn theo giả thuyết của Plăng: Năng lượng mà một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị xác định bằng hf. Lượng năng lượng trao đổi phải là một bội số của hf.
c. CÂU HỎI SAU BÀI HỌC
Trình bày thí nghiệm Héc về hiện tượng quang diện.
Hiện tượng quang diện là gi?
Phát biểu định luật về giới hạn quang điện.
Phát biểu nội dung của giả thuyết Plăng.
Lượng tử năng lượng là gì?
Phát biểu nội dung của thuyết lượng tử ánh sáng.
Phôtôn là gi?
Giải thích định luật về giới hạn quang điện bàng thuyết phôtón.
Hướng dẫn trả lời
Xem sách giáo khoa trang 154.
Trong phần kiến thức cơ bản.
Trong phần kiến thức cơ bản.
Trong phần kiến thức cơ bản.
Lượng tử năng lượng là lượng năng lượng mà mỗi nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay bức xạ. Lượng tử năng lượng kí hiệu là s và được tính bằng công thức:
£ = hf
Xem sách giáo khoa trang 156.
Ánh sáng được cấu tạo bởi các hạt phôtôn. Mỗi phôtôn ứng với một lượng tử năng lượng của dòng ánh sáng. Nó coi như một hạt ánh sáng.
Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết phôtôn: Hiện tượng quang điện xảy ra do sự hấp thụ phôtôn của ánh sáng kích thích bởi electron trong kim loại. Muôn cho hiện tượng quang điện xảy ra thì năng lượng của phôtôn ánh sáng kích thích phải lớn hơn hoặc bằng công thoát:
hf > A hay h Y > A
À,
; he suy ra: k < —~ y	A
hc
đặt Xo =	: giới hạn quang điện của kim loại.
A
=> X < xo (1)
Hệ thức (1) phản ánh định luật giới hạn quang điện.
D. BÀI TẬP
Hiện tượng nào dưới đây là hiện tượng quang diện ?
Electron bứt ra khỏi kim loại bị nung nóng.
Electron bật ra khỏi kim loại khi có ion dập vào.
c. Electron bị bật ra khỏi một nguyên tử khi va chạm với một nguyên tử khác.
D. Electron bị bật ra khỏi mặt kim loại khi bị chiếu sáng.
Dựa vào bảng 30.1. để trà lời câu 10 và 11.
Chọn câu đúng.
Chiếu một ánh sáng đơn sắc vào mặt một tấm dồng. Hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu ánh sáng có bước sóng
A. o,lgm.	B. 0,2gm.	C.0,3pm.	D. 0,4pm.
Ánh sáng có bước sóng 0,75gm có thể gây ra hiện tượng quang diện ở chắt nào dưới đây?
A. Canxi.	B. Natri.	c. Kali.	D. Xesi.
Tinh lượng tử năng lượng của các ánh sáng đỏ (0,75pm) và vàng (0,55gm).
•13. Giới hạn quang điện của kẽm là 0,35/jm. Tính công thoát của electron khòi kẽm theo dan vị jun và eV.
Cho 1 eV = l,6.10~!9J.
Hướng dẫn giải
D. Hiện tượng quang điện là hiện tượng electron bị bật ra khỏi mặt kim loại khi bị chiếu sáng.
D. Dựa vào bảng 30.1 sách giáo khoa, giới hạn quang điện Ào của đồng là Ào = 0,3 (im. Theo định luật giới hạn quang điện thì À, Ào nên không gây ra hiện tượng quang điện.
A. Dựa vào bảng 30.1, giới hạn quang điện của canxi, natri, kali và xêdi lần lượt là: Xoi = 0,75 (im , À02 = 0,5 (im , Ầo3 = 0,55 |im , ÀO4 = 0,66 |im . Vậy với ánh sáng có bước sóng X = 0,75 um = ÀO1 nên hiện tượng quang điện xảy ra ở canxi.
Lượng tử năng lượng của ánh sáng đỏ là:
^^-6’62^W"ỉ1Q8 - 2,65.10-(J)
A-đ 0.75.10-6
Lượng tử năng lượng của ánh sáng vàng là:
£v= he = 6,625.^10! = 3,61 1O~19 (J) \	0,55.10’6
Ào= 0,35.10-6(m), lev = l,6.10'19(J)
Công thoát của electron khỏi kẽm là:
A= he = 6,625 10^ 3.10« = 5)68 10-19 (J) Ăo 0,35.10-6
5,68.1Q-19 1,6.10-19
= 3,55 (eV)