Giải bài 30 vật lí 12: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

I. Hiện tượng quang điện

1. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện

• Gắn một tấm kẽm tích điện âm vào cần của một tĩnh điện kế. Chiếu một chùm sáng do hồ quang phát ra vào tấm kim loại kẽm thì góc lệch của kim điện kế giảm đi.
• Thay kẽm bằng kim loại khác, ta cũng thấy hiện tượng tương tự xảy ra.
• Các thí nghiệm cho thấy, ánh sáng hồ quang đã làm bật electron ra khỏi mặt tấm kim loại

2. Định nghĩa

• Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài.

II. Định luật về giới hạn quang điện

•  Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng  ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện của kim loại đó mới gây ra được hiện tượng quang điện.

λ ≤ λ₀

III. Thuyết lượng tử ánh sáng

1. Giả thuyết Plăng

Lượng năng lượng mà mỗi lần 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 số của của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra; còn h là một hằng số.

2. Lượng tử năng lượng

• Lượng năng lượng gọi là lượng tử năng lượng được kí hiệu bằng chữ ε:

ε = hf

•  Trong đó: h là hằng số Plăng được xác định bằng thực nghiệm: h = 6,625.10^-34J.s.

3. Thuyết lượng tử ánh sáng

• Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn.
• Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf.
• Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ  dọc theo các tia sáng.
• Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn.
• Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.

4. Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng

• Trong hiện tượng quang điện mỗi phôtôn bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng cho một electron. Để bứt được electron ra khỏi bề mặt kim loại thì năng lượng của phôtôn phải lớn hơn công thoát A:

hf ≥ A hay $\frac{hc}{\lambda }$≥ A

Từ đó ta có: λ ≤$\frac{hc}{A}$

với A =$\frac{hc}{\lambda _{0}}$

λ ≤ λ₀

với λ₀ là giới hạn quang điện của kim loại.

IV. Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng

• Ánh sáng vừa có tính chất sóng lại vừa có tính chất hạt nên ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt.
• Ánh sáng có bản chất điện từ.