Bài soạn Vật lý lớp 10 - Lượng tử ánh sáng

lượng tử ánh sáng a. kiến thức cơ bản 1. Hiện tượng quang điện : 1.1. Định nghĩa : Khi một chùm ánh sáng thích hợp chiếu vào mặt một tấm kim loại thì các electrôn ở mặt kim loại bị bật ra, đó là hiện tượng quang điện ngoài, gọi tắt là hiện tượng quang điện. 1.2. Các định luật quang điện. a. Các định luật ã Định luật 1: Hiệu tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng l0; l0 được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó: l Ê l0. ã Định luật 2: Đối với một ánh sáng thích hợp (l Ê l0), cường độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích. ã Định luật 3: Động năng ban đầu cực đại của các quang electrôn không phụ thuộc cường độ của chùm sáng kích thích, mà chỉ phụ thuộc bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại. b. Giải thích các định luật – Công thức Einstein . (1 ) Trong đó f là tần số ánh sáng. - A là công thoát electrôn khỏi kim loại. Ta có : ( 2) - v0max là vận tốc ban đầu cực đại của electrôn quang điện. - Uh hiệu điện thế hãm, cản trở và triệt tiêu dòng quang điện 1.3. ứng dụng : Hiện tượng quang điện ngoài được ứng dụng trong các tế bào quang điện, trong dụng cụ để biến đổi các tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện. 2. Thuyết lượng tử ánh sáng - Chùm ánh sáng là một chùm hạt, mỗi hạt là một phôtôn ( cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số electrôn phát ra trong 1 giây). - Với mổi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtô mang một năng lượng xác định : e = hf. ( 3 ) - Khi phân tử, nguyên tử, electrôn . phát xạ hấp thụ hay ánh sáng cũng có nghĩa là chúng phát xạ hấp thụ phôtôn. - Các phôtôn bay dọc theo các tia sáng với tốc độ 3.108m/s. (Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động) Nhận xét : Sự đúng đắn của thuyết lượng tử khẳng định : ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt 3. Hiện tượng quang điện trong . ã Trong hiện tượng quang điện trong, ánh sáng giải phóng các electrôn liên kết để tạo thành các electrôn dẫn và lỗ trống tham gia quá trình dẫn điện. ã Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng điện trở suất của bán dẫn giảm khi bị chiếu sáng. ã Hiện tượng quang điện trong và quang dẫn được ứng dụng trong các quang điện trở, pin quang điện. 4. Mẫu nguyên tử Bo 4.1. Các tiên đề của Bo. ã Tiên đề 1: Nguyên tử chỉ tồn tại trong các trạng thái dừng có năng lượng xác định. khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ. Khi chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng En sang trạng thái dừng có năng lượng Em < En thì nguyên tử phát ra phôtôn có tần số f được xác định bởi: En – Em = hf ( 4 ) Bán kính nguyên tử Bord đối với nguyên tử Hidrô: ( 5 ) Với : r0 = 5,3.10 – 11 m là bánh kính nguyên tử Bord. ã Tiên đề 2 : Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng Em mà hấp thụ được một phôtôn có tần số trên đây thì chuyển lên trạng thái En. K L M N O P Dãy Laiman Dãy Bamer Dãy Pasen Mẫu nguyên tử của Bo giải thích được cấu tạo quang phổ vạch của hiđrô nhưng không giải thích được cấu tạo của các nguyên tử phức tạp hơn. 4.2. Giải thích quang phổ vạch của Hiđrô. ã Dãy Laiman gồm 6 vạch vùng tử ngoại, tương ứng electrôn nhảy từ các lớp : P-O-N-M-L về lớp K. ã Dãy Banmer gồm 4 vạch vùng ánh sáng nhìn thấy, tương ứng electrôn nhảy từ các lớp : P-O-N-M về lớp L. ã Dãy Pasen gồm 3 vạch vùng ánh sáng hồng ngoại, tương ứng electrôn nhảy từ các lớp : P-O-N về lớp M. Từ công thức trên, ta có thể tính được bước sóng của ánh sánh mà nguyên tử phát xạ hay hấp thụ ( 6 ) 5. Hấp thụ và phản xạ lọc lựa ánh sáng: ã Màu sắc của các vật phụ thuộc vào sự hấp thụ lọc lựa và phản xạ lọc lựa của vật (phản xạ lọc lựa của chất cấu tạo nên vật hoặc của lớp chất phủ lên bề mặt vật) đối với ánh sáng chiếu vào vật. ã Biểu thức định luật về sự hấp thụ ánh sáng: ( 7 ) 6. Hiện tượng quang phát quang : ã Hiện tượng vật phát được ánh sáng khi bị ánh sáng kích thích chiếu vào gọi là hiện tượng quang phát quang. Có hại loại hiện tượng quang phát quang: huỳnh quang và lân quang. ã Định luật Xtốc : Trong hiện tượng quang phát quang, bước sóng của ánh sáng phát quang bao giờ cũng lớn hơn bước sóng của ánh sáng mà chất phát quang hấp thụ. 7. Laze : ã Laze là nguùon sáng phát ra chùm sáng có cường độ lớn dựa trên việc phát xạ cảm ứng. ã ánh sáng Laze ( tia Laze ) là ánh sáng có các đặc điểm : tính kết hợp, có tính đơn sắc rất cao, tính định hướng rất cao và có cường độ lớn. B.CÁC BÀI TẬP Tia tử ngoại A. không làm đen kính ảnh. B. kích thích sự phát quang của nhiều chất. C. bị lệch trong điện trường và từ trường. D. truyền được qua giấy, vải, gỗ. Quang phổ vạch phát xạ của Hiđro có 4 vạch màu đặc trưng là A. đỏ, vàng, lam, tím. B. đỏ, lam, chàm, tím. C. đỏ, lục, chàm, tím. D. đỏ, vàng, chàm, tím. Tìm công thức đúng về hiên tượng quang điện: A. . B. . C. . D. . Tìm công thức sai: A. hf=A+. B. =+eUh. C. hf=+. D. =+A. Hiện tượng quang điện là hiện tượng cỏc electron bứt ra khỏi bề mặt kim loại, khi chiếu vào kim loại: A. Cỏc phụtụn cú bước súng thớch hợp. B.Cỏc prụtụn cú bước súng thớch hợp. C. Cỏc ờlectrụn cú bước súng thớch hợp. D. Cỏc nơtrụn cú bước súng thớch hợp. Pin quang điện là hệ thống biến đổi: A. Hoỏ năng ra điện năng. B. Cơ năng ra điện năng. C. Nhiệt năng ra điện năng. D. Năng luợng bức xạ ra điện năng. Chọn câu trả lời đúng. Trong công thức của Anhxtanh: hf = A + mv2 trong đó v là : A. vốc ban đầu của êlêctrôn khi bi bứt ra khỏi kim loại . B. vận tốc ban đầu cực đại của êlêctrôn khi bị bứt ra khỏi kim loại. C. vận tốc ban đầu cực đại của các nguyên tử thoát ra khỏi kim loại. D.vận tốc cực đại của êlêctrôn đến anốt. Phát biểu nào sau đây là đúng về hiện tượng quang điện? Hiện tượng quang điện là: A. hiện tượng êlêctrôn bứt ra khỏi bề mặt kim loại khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó. B. hiện tượng êlêctrôn bứt ra khỏi bề mặt kim loại khi tấm kim loại bị nung nóng đến nhiệt độ rất cao. C. . hiện tượng êlêctrôn bứt ra khỏi bề mặt kim loại khi tấm kim loại bị nhiễm điện do tiếp xúc với một vật đã bị nhiễm điện khác. D.hiện tượng êlêctrôn bứt ra khỏi bề mặt kim loại do bất kì một nguyên nhân nào khá chọn câu trả lời đúng. Vận tốc ban đầu cực đại của các êlectron quang điện phụ thuộc vào: A.Kim loại dùng làm catốt và bước sóng của ánh sáng kích thích B.Số phôtôn chiếu đến catốt trong 1 giây C.Cường độ chùm ánh sáng kích thích D.Màu sắc của chùm ánh sáng kích thích Chọn câu trả lời đúng Các vạch quang phổ trong vùng tử ngoại của nguyên tử hiđrô thuộc về dãy: A.Laiman B.Banme C.Pasen D. Laiman và Banme Động năng ban đầu cực đại của cỏc ờlectrụn (ờlectron) quang điện A. khụng phụ thuộc bước súng ỏnh sỏng kớch thớch. B. phụ thuộc cường độ ỏnh sỏng kớch thớch. C. phụ thuộc bản chất kim loại làm catốt và bước súng ỏnh sỏng kớch thớch. D. khụng phụ thuộc bản chất kim loại làm catốt. Gọi bước súng λo là giới hạn quang điện của một kim loại, λ là bước súng ỏnh sỏng kớch thớch chiếu vào kim loại đú, để hiện tượng quang điện xảy ra thỡ A. chỉ cần điều kiện λ > λo. B. phải cú cả hai điều kiện: λ = λo và cường độ ỏnh sỏng kớch thớch phải lớn. C. phải cú cả hai điều kiện: λ > λo và cường độ ỏnh sỏng kớch thớch phải lớn. D. chỉ cần điều kiện λ ≤ λo. Tia tử ngoại, tia hồng ngoại và tia Rơnghen cú bước súng lần lượt là l1, l 2 và l 3. Biểu thức nào sau đõy là đỳng? A. l2 >l1 >l3 B. l3 >l2 >l1 C. l1 >l2 >l3 D. l2 >l3 >l1 Với c là vận tốc ỏnh sỏng trong chõn khụng, f là tần số, λ là bước súng ỏnh sỏng, h là hằng số Plăng, phỏt biểu nào sau đõy là sai khi núi về thuyết lượng tử ỏnh sỏng (thuyết phụtụn ỏnh sỏng)? A. Mỗi một lượng tử ỏnh sỏng mang năng lượng xỏc định cú giỏ trị ε = hf . B. Mỗi một lượng tử ỏnh sỏng mang năng lượng xỏc định cú giỏ trị ồ = hc C. Vận tốc của phụtụn trong chõn khụng là c =3.108m/s. D. Chựm ỏnh sỏng là một chựm hạt, mỗi hạt gọi là một phụtụn (lượng tử ỏnh sỏng). Phỏt biểu nào sau đõy là sai, khi núi về hiện tượng quang - phỏt quang? A. Sự huỳnh quang và lõn quang thuộc hiện tượng quang - phỏt quang. B. Khi được chiếu sỏng bằng tia tử ngoại, chất lỏng fluorexờin (chất diệp lục) phỏt ra ỏnh sỏng huỳnh quang màu lục. C. Bước súng của ỏnh sỏng phỏt quang bao giờ cũng lớn hơn bước súng của ỏnh sỏng mà chất phỏt quang hấp thụ. D. Bước súng của ỏnh sỏng phỏt quang bao giờ cũng nhỏ hơn bước súng của ỏnh sỏng mà chất phỏt quang hấp thụ. Hiện tượng nào dưới đõy là hiện tượng quang điện? A. ấlectron bị bật ra khỏi mặt kim loại khi bị chiếu sỏng với bước súng ỏnh sỏng thớch hợp. B. ấlectron bật ra khỏi kim loại khi cú iụn đập vào kim loại đú. C. ấlectron bị bật ra khỏi một nguyờn tử khi nguyờn tử này va chạm với nguyờn tử khỏc. D. ấlectron bứt ra khỏi kim loại khi kim loại bị nung núng. Phỏt biểu nào sau đõy là sai, khi núi về mẫu nguyờn tử Bo? A. Trong trạng thỏi dừng, nguyờn tử khụng bức xạ. B. Trong trạng thỏi dừng, nguyờn tử cú bức xạ. C. Khi nguyờn tử chuyển từ trạng thỏi dừng cú năng lượng En sang trạng thỏi dừng cú năng lượng Em (Em<En) thỡ nguyờn tử phỏt ra một phụtụn cú năng lượng đỳng bằng (En-Em). D. Nguyờn tử chỉ tồn tại ở một số trạng thỏi cú năng lượng xỏc định, gọi là cỏc trạng thỏi dừng. Nếu quan niệm ỏnh sỏng chỉ cú tớnh chất súng thỡ khụng thể giải thớch được hiện tượng nào dưới đõy? A. Khỳc xạ ỏnh sỏng. B. Giao thoa ỏnh sỏng. C. Phản xạ ỏnh sỏng. D. Quang điện. Trong nguyờn tử hiđrụ, khi ờlectrụn chuyển từ quĩ đạo N về quĩ đạo L sẽ phỏt ra vạch quang phổ A. Hγ (chàm). B. Hδtớm). C. Hβ(lam). D. Hα(đỏ). Lần lượt chiếu hai bức xạ cú bước súng l1 = 0,75 mm và l2 = 0,25 mm vào một tấm kẽm cú giới hạn quang điện lo = 0,35 mm. Bức xạ nào gõy ra hiện tượng quang điện? A. Cả hai bức xạ. B. Chỉ cú bức xạ l2. C. Khụng cú bức xạ nào trong hai bức xạ trờn. D. Chỉ cú bức xạ l1. Cụng thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện là A. B. C. D. . Pin quang điện là nguồn điện trong đú A. quang năng được biến đổi thành điện năng. B. nhiệt năng được biến đổi thành điện năng. C. cơ năng được biến đổi thành điện năng. D. húa năng được biến đổi thành điện năng. Trong quang phổ vạch phỏt xạ của nguyờn tử hiđrụ (H), dóy Banme cú A. bốn vạch thuộc vựng ỏnh sỏng nhỡn thấy là Hα, Hβ, Hγ, Hδ, cỏc vạch cũn lại thuộc vựng hồng ngoại. B. tất cả cỏc vạch đều nằm trong vựng hồng ngoại. C. tất cả cỏc vạch đều nằm trong vựng tử ngoại. D. bốn vạch thuộc vựng ỏnh sỏng nhỡn thấy là Hα, Hβ, Hγ, Hδ, cỏc vạch cũn lại thuộc vựng tử ngoại. Trong hiện tượng quang điện, vận tốc ban đầu của cỏc ờlectrụn quang điện bị bứt ra khỏi bề mặt kim loại A. cú giỏ trị phụ thuộc vào cường độ của ỏnh sỏng chiếu vào kim loại đú. B. cú hướng luụn vuụng gúc với bề mặt kim loại. C. cú giỏ trị khụng phụ thuộc vào bước súng của ỏnh sỏng chiếu vào kim loại đú. D. cú giỏ trị từ 0 đến một giỏ trị cực đại xỏc định. Với ε1, ε2, ε3 lần lượt là năng lượng của phụtụn ứng với cỏc bức xạ màu vàng, bức xạ tử ngoại và bức xạ hồng ngoại thỡ A. ε1 > ε2 > ε3. B. ε2 > ε1 > ε3. C. ε2 > ε3 > ε1. D. ε3 > ε1 > ε2. Giới hạn quang điện của đồng (Cu) là λ0 = 0,30 μm. Biết hằng số Plăng h = 6,625.10-34 J.s và vận tốc truyền ỏnh sỏng trong chõn khụng c = 3.108 m/s. Cụng thoỏt của ờlectrụn khỏi bề mặt của đồng là A. 8,526.10-19 J. B. 6,625.10-19 J. C. 8,625.10-19 J. D. 6,265.10-19 J. Cõu 6: Một ống Rơnghen phỏt ra bức xạ cú bước súng ngắn nhất là 6,21.10 – 11 m. Biết độ lớn điện tớch ờlectrụn (ờlectron), vận tốc ỏnh sỏng trong chõn khụng và hằng số Plăng lần lượt là 1,6.10-19 C, 3.108 m/s và 6,625.10-34 J.s . Bỏ qua động năng ban đầu của ờlectrụn. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của ống là A. 2,00 kV. B. 20,00 kV. C. 2,15 kV. D. 21,15 kV. Cụng thoỏt ờlectrụn ra khỏi một kim loại A = 6,625.10-19J, hằng số Plăng h = 6,625.10-34J.s, vận tốc ỏnh sỏng trong chõn khụng c = 3.108m/s. Giới hạn quang điện của kim loại đú là A. 0,300 mm. B. 0,295 mm. C. 0,375 mm. D. 0,250 mm. Một mỏy phỏt súng phỏt ra súng cực ngắn cú bước súng l = m, vận tốc ỏnh sỏng trong chõn khụng bằng 3.108 m/s. Súng cực ngắn đú cú tần số bằng A. 90 MHz. B. 60 MHz. C. 100 MHz. D. 80 MHz. Biết hằng số Plăng h = 6,625.10-34J.s và vận tốc ỏnh sỏng trong chõn khụng c = 3.108 m/s. Năng lượng một phụtụn (lượng tử năng lượng) của ỏnh sỏng cú bước súng λ = 6,625.10 -7m là A. 10-19J. B. 10-18J. C. 3.10-20J. D. 3.10-19J. Cụng thoỏt ờlectrụn (ờlectron) ra khỏi một kim loại là A = 1,88 eV. Biết hằng số Plăng h = 6,625.10-34 J.s, vận tốc ỏnh sỏng trong chõn khụng c = 3.108 m/s và 1 eV = 1,6.10-19 J . Giới hạn quang điện của kim loại đú là A. 0,33μm. B. 0,66. 10-19 μm. C. 0,22 μm. D. 0,66 μm. Giới hạn quang điện của một kim loại làm catốt của tế bào quang điện là λ0 = 0,50 μm. Biết vận tốc ỏnh sỏng trong chõn khụng và hằng số Plăng lần lượt là 3.108 m/s và 6,625.10-34 J.s . Chiếu vào catốt của tế bào quang điện này bức xạ cú bước súng λ = 0,35 μm, thỡ động năng ban đầu cực đại của ờlectrụn (ờlectron) quang điện là A. 70,00.10-19 J. B. 17,00.10-19 J. C. 1,70.10-19 J. D. 0,70.10-19 J. Trong quang phổ vạch của hiđrụ (quang phổ của hiđrụ), bước súng của vạch thứ nhất trong dóy Laiman ứng với sự chuyển của ờlectrụn (ờlectron) từ quỹ đạo L về quỹ đạo K là 0,1217 μm, vạch thứ nhất của dóy Banme ứng với sự chuyển M -L là 0,6563 μm . Bước súng của vạch quang phổ thứ hai trong dóy Laiman ứng với sự chuyển M - K bằng A. 0,3890 μm . B. 0,5346 μm . C. 0,7780 μm . D. 0,1027 μm . Cho h = 6,625.10-34Js; c = 3.108 m/s.Bước sóng giới hạn của kim loại dùng làm catốt là 0=0,6 m. Công thoát của kim loại đó là: A.3,31.10-20J B. 3,31.10-19J C. 3,31.10-18J D. 3,31.10-17J Cho cường độ dòng quang điện bảo hoà là 16A.Cho điện tích của êlectron e = 1,6.10-19C. Số êlectron đến được Anốt trong 1 giây là: A.1020 B.1016 C.1014 D.1012 Giới hạn quang điện của Na tri là 0,5 công thoát của kẽm lớn hơn của natri là 1,4 lần. Giới hạn quang điện của kẽm : A. 0,7m B. 0,36m C. 0,9. D. 0,3m. Năng lượng của phô tôn ứng với ánh sáng tím có bước sóng = 0,41m là : A. 4,85.10-19J B. 3,30eV C. 4,85.10-25J D. 3,26eV Hiệu điện thế giữa Anốt và Katốt của ống Rơnghen là 15KV. Bước súng nhỏ nhất của tia Rơnghen đú bằng: A. 0,83.10-8 m. B. 0,83.10-10 m. C. 0,83.10-9 m. D. 0,83.10-11 m. Catốt của một tế bào quang điện làm bằng vụnfram. Biết cụng thoỏt của ờlectrụn đối với vụnfram là 7,2. 10-19 và bước súng ỏnh sỏng kớch thớch là 0,180m. Để triệt tiờu hoàn toàn dũng điện, phải đặt vào hai đầu anụt và catụt một hiệu điện thế hóm bằng bao nhiờu? A. Uh = 6,62V. B. Uh = 4,5V. C. Uh = 2,5V. D. Uh = 2,37V. Biết công thoát A=1,88eV của kim loại làm Catốt, giới hạn quang điện là: A. 0,55. B. 565nm. C. 660nm. D. 0,54. Trong hiện tượng quang điện, hiệu điện thế hãm cần dùng là 12V, vận tốc ban đầu cực đại là: 1,03.105m/s. Một quả cầu kim loại có công thoát electron là 2,36 eV. Chiếu ánh sáng kích thích có bước sóng l = 0,36 mm vào quả cầu trên đặt cô lập về điện. Điện thế cực đại của quả cầu là A. 0,11 (V) B. 1,1 (V) C. 11 (V) D. 111 (V) Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của ống Rơnghen là 15 KV. Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen đó là A. 0,83.10- 8m B. 0,83.10- 9m C. 0,83.10- 10m D. 0,83.10-7m