Tổng hợp Lý thuyết Chương 6: Lượng tử ánh sáng hay, chi tiết nhất

Dưới đây là phần tổng hợp kiến thức, công thức, lý thuyết Vật Lí lớp 12 Chương 6: Lượng tử ánh sáng ngắn gọn, chi tiết. Hi vọng tài liệu Lý thuyết Vật Lí lớp 12 theo chương này sẽ giúp bạn nắm vững kiến thức môn Vật Lí lớp 12.

Mục lục Tổng hợp Lý thuyết Chương 6: Lượng tử ánh sáng

Lý thuyết Hiện tượng quang điện thuyết lượng tử ánh sáng

I) Hiện tượng quang điện.

Hiện tượng quang điện thuyết lượng tử ánh sáng - Lý thuyết Vật Lý 12 đầy đủ

- Thí nghiệm chiếu ánh sáng từ hồ quang tới một tấm kẽm tích điện âm đang được nối với tĩnh điện kế.

- Kết quả: góc lệch của tĩnh điện kế giảm, chứng tỏ miếng kẽm đã bị mất bớt electron.

- Khái niệm: Hiện tượng ánh sáng làm bật electron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài.

II) Các định luật quang điện:

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

Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng 𝜆 nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng λ₀. λ₀ được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó.

λ ≤ λ₀

- Định luật quang điện thứ hai (định luật về cường độ dòng quang điện bão hòa)

Đối với mỗi ánh sáng thích hợp (λ ≤ λ₀) cường độ dòng quang điện bão hòa tỷ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích.

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

Động năng ban đầu cực đại của quang electron không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại.

III) Thuyết lượng tử ánh sáng.

- Giả thuyết lượng tử năng lượng của Plăng.

Năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định, gọi là lượng tử năng lượng. KH là ε, có giá trị bằng: ε=hf

Trong đó f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay phát xạ.

h là hằng số Plăng h = 6,625.10^-34(J.s)

- Thuyết lượng tử ánh sáng:

+) Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn. Cường độ chùm sáng tỷ lệ với số phôtôn phát ra trong 1 giây

+) Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau và mang năng lượng ε = hf.

+) Trong chân không phôtôn bay với tốc độ c = 3.10⁸(m/s) dọc theo các tia sáng. Phôtôn không bao giờ đứng yên

+) Mỗi lần nguyên tử hấp thụ hay phát xạ ánh sáng thì chúng hấp thụ hay phát xạ một phôtôn.

- Giải thích các định luật quang điện

+) Công thức Anh-xtanh về hiện tượng quang điện.

Trong hiện tượng quan điện, phô tôn truyền toàn bộ năng lượng ε cho electron. Năng lượng này dùng để: Cung cấp năng lượng để electron thắng lực liên kết để bứt ra gọi là công thoát A

Truyền cho electrton một động năng ban đầu W_đ.

Truyền một phần năng lượng H cho mạng tinh thể.

Khi electron ở ngay trên bề mặt thì H = 0 khi đó bảo toàn năng lượng ta có:

+) Giải thích các định luật quang điện.

Định luật quang điện thứ nhất:

Theo (1) ta có: Hiện tượng quang điện thuyết lượng tử ánh sáng - Lý thuyết Vật Lý 12 đầy đủ

Định luật quang điện thứ hai:

Cường độ dòng quang điện bão hòa I_bh ~ số electron bật ra n_e ~ số phôtôn chiều tới n_p ~ cường độ chùm sáng.

Định luật quang điện thứ ba:

Theo (1) ta có: Hiện tượng quang điện thuyết lượng tử ánh sáng - Lý thuyết Vật Lý 12 đầy đủ

IV) Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng:

- Có nhiều hiện tượng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng như: nhiễu xạ, giao thoa, tán sắc,...

- Cũng có nhiều hiện tượng chứng tỏ ánh sáng có tích chất hạt như: hiện tượng quang điện, khả năng đâm xuyên, tác dụng phát quang,...

→ Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chạt hạt hay ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt

Lý thuyết Hiện tượng quang điện trong

I) Chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong:

- Chất quang dẫn: là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và chất dẫn điện tốt khi bị chiếu sáng thích hợp

- Hiện tượng quang điện trong: là hiện tượng tạo thành các electron dẫn và lỗ trống trong bán dẫn, do tác dụng của ánh sáng có bước sóng thích hợp.

- Hiện tượng quang dẫn: là hiện tượng giảm điện trở suất hay tăng độ dẫn điện khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

II) Ứng dụng:

Hiện tượng quang điện trong được ứng dụng trong quang điện trở và pin quang điện.

- Quang điện trở: là một điện trở làm bằng chất quang dẫn. có điện trở biến thiên từ vài mêgaôm khi không được chiếu sáng đến vài chục ôm khi được chiếu ánh sáng thích hợp.

- Pin quang điện (Pin Mặt Trời):

+) Khái niệm: là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi quang năng thành điện năng.

+) Hiệu suât: khá thấp chỉ khoảng trên dưới 10%.

+) Cấu tạo: gồm một lớp bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p để hình thành một lớp tiếp xúc p-n. Trên cùng là một lớp kim loại mỏng trong suốt, dưới cùng là một đế kim loại

Bài tập bổ sung

Bài 1: Khi nói về thuyết lượng tử ánh sáng, phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Năng lượng phôtôn càng nhỏ khi cường độ chùm ánh sáng càng nhỏ.

B. Phôtôn có thể chuyển động hay đứng yên tùy thuộc vào nguồn sáng chuyển động hay đứng yên.

C. Năng lượng của phôtôn càng lớn khi tần số của ánh sáng ứng với phôtôn đó càng nhỏ.

D. Ánh sáng được tạo bởi các hạt gọi là phôtôn.

Bài 2: Chọn câu đúng. Chiếu một chùm tia hồng ngoại vào lá kẽm tích điện âm thì

A. điện tích âm của lá kẽm mất đi.

B. tấm kẽm sẽ trung hoà về điện.

C. điện tích của tấm kẽm không thay đổi.

D. tấm kẽm tích điện dương.

Bài 3: Phát biểu nào sau đây sai khi nói về phôtôn ánh sáng?

A. Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động.

B. Mỗi phôtôn có một năng lượng xác định.

C. Năng lượng của phôtôn ánh sáng tím lớn hơn năng lượng phôtôn ánh sáng đỏ.

D. Năng lượng của các phôtôn của các ánh sáng đơn sắc khác nhau đều bằng nhau.

Bài 4: Dùng thuyết lượng tử ánh sáng không giải thích được

A. Hiện tượng quang – phát quang.

B. Hiện tượng giao thoa ánh sáng.

C. Nguyên tắc hoạt động của pin quang điện.

D. Hiện tượng quang điện ngoài.

Bài 5: Theo thuyết lượng tử ánh sáng, để phát ánh sáng huỳnh quang, mỗi nguyên tử hay phân tử của chất phát quang hấp thụ hoàn toàn một photon của ánh sáng kích thích có năng lượng ε để chuyển sang trạng thái kích thích, sau đó

A. Giải phóng một electron tự do có năng lượng nhỏ hơn ε do có mất mát năng lượng.

B. Phát ra một photon khác có năng lượng lớn hơn ε do có bổ sung năng lượng.

C. Giải phóng một electron tự do có năng lượng lớn hơn ε do có bổ sung năng lượng.

D. Phát ra một photon khác có năng lượng nhỏ hơn ε do mất mát năng lượng.

Bài 6: Công thoát êlectrôn (êlectron) ra khỏi một kim loại là A = 1,88 eV. Biết hằng số Plăng h = 6,625.10^-34J.s, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.10⁸m/s và 1 eV = 1,6.10^-19 J . Giới hạn quang điện?

A. 0,33 μm.

B. 0,22 μm.

C. 0,66. 10^-19 μm.

D. 0,66 μm

Bài 7: Trong chân không, ánh sáng tím có bước sóng 0,4 μm. Mỗi phôtôn của ánh sáng này mang năng lượng xấp xỉ bằng

A. 4,97.10^-31J

B. 4,97.10^-19J

C. 2,49.10^-19J

D. 2,49.10^-31J

Bài 8: Công thoát êlectron của kim loại là 7,64.10^-19J. Chiếu lần lượt vào bề mặt tấm kim loại này các bức xạ có bước sóng là λ₁ = 0,18 mm, λ₂ = 0,21 mm và λ₃ = 0,35 mm. Lấy h = 6,625.10^-34 J.s, c = 3.10⁸ m/s. Bức xạ nào gây được hiện tượng quang điện đối với kim loại đó?

A. Hai bức xạ (λ₁ và λ₂).

B. Không có bức xạ nào trong ba bức xạ trên.

C. Cả ba bức xạ (λ₁, λ₂ và λ₃).

D. Chỉ có bức xạ λ₁.

Bài 9: Công thóat êlectron ra khỏi một kim lọai 3,6.10^-19J, hằng số Plăng h = 6,625.10^-34J.s, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.10⁸m/s. Chiếu chùm sáng có bước sóng 0,3μm vào kim loại trên. Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang electron là

A. 8,15.10⁵m/s

B. 9,42.10⁵m/s

C. 2,18.10⁵m/s

D. 4,84.10⁶m/s

Bài 10: Pin quang điện hoạt động dựa vào

A. Hiện tượng quang điện ngoài.

B. Hiện tượng quang điện trong.

C. Hiện tượng tán sắc ánh sáng.

D. Sự phát quang của các chất.

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 12 có trong đề thi tốt nghiệp THPT khác: