LUYỆN THI ĐẠI HỌC VẬT LÍ 2014 Thầy Lâm Phong Gieo hành vi gặt thói quen. Gieo thói quen gặt tính cách. Gieo tính cách gặt số phận. ( Dick Lyles) 1 TỔNG HỢP CÁC CÔNG THỨC CƠ BẢN VÀ CÔNG THỨC GIẢI NHANH VẬT LÝ 12 - LUYỆN THI ĐẠI HỌC 2014 CHƢƠNG VI: LƢỢNG TỬ ÁNH SÁNG (6 câu) ♥Bài 1: Hiện Tƣợng Quang Điện Ngoài - Thuyết Lƣợng Tử Ánh Sáng. Thí nghiệm Hertz (1857 - 1894). _ Đầu tiên, thí nghiệm được bố trí bằng cách cho tạo ra tia tử ngoại từ dòng hồ quang điện. Sau đó, ta cho tia tử ngoại chiếu thẳng vào một tấm kim loại làm bằng Kẽm (Zn) ( tấm kẽm nối với lá kẽm đều được tích điện âm. _ Khi chiếu tia tử ngoại vào tấm kẽm sau một thời gian, ta thấy hai lá kẽm hút vào nhau. Khi ngừng chiếu tia tử ngoại thì hai tấm kẽm lại đẩy nhau. Giải thích hiện tƣợng: Khi chiếu tia UV vào tấm Zn thì electron tự do trong tấm kẽm bật ra. Làm cho lá Zn mất đi sự cân bằng trực đối của 2 điện tích cùng dấu. ( Lúc này điện tích dương nhiều hơn) nên chúng hút nhau. Khi ngừng chiếu tia UV vào thì các điện tích dương tạo thành một trường điện hút các electron trở lại tấm kẽm ( cân bằng trung hòa điện tích), hai tấm kẽm lại đẩy nhau ra. Định nghĩa hiện tƣợng quang điện ngoài: hiện tượng chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào tấm kim loại làm cho electron bị bật ra gọi là hiện tượng quang điện ngoài . Thí nghiệm về Tế Bào Quang Điện: + Cấu tạo: gồm một hình cầu bằng thạch anh bên trong là chân không, có hai điện cực anốt (A) và catốt (K). Anốt (A) là vòng dây kim loại. Catốt (K) là tấm kim loại có dạng hình chỏm cầu. ( G là điện kế, F là kính lọc) + Khi U AK > 0 và ta chiếu chùm sáng có bước sóng thích hợp vào K thì trong mạch có dòng quang điện. + Khi U AK = 0 I qđ ≠ 0 + U AK = U hãm < 0 I = 0 + Khi U AK U o I bão hòa. Theo thuyết lượng tử ánh sáng, ta có: E = hc = hf ( trong đó c = 3.10 8 m/s, h = 6,625.10 -34 : hằng số Planck) Để có hiện tượng quang điện xảy ra ở thí nghiệm trên ta cần: U AK U hãm U AK U h (Do U h < 0) Để làm bật các electron ra khỏi tấm kim loại, ta cần một nguồn năng lượng kích thích đủ để phá vỡ sự liên kết của electron trong tấm kim loại. Điều này có nghĩa là E kích thích A giới hạn của kim loại (Công thoát) Và như vậy chúng ta có: hc kích thích hc giới hạn kích thích giới hạn ( f kích thích f giới hạn ) Áp dụng định lý động năng: " công của lực điện trường bằng độ biến thiên động năng" ta có: |e|.U hãm = 1 2 mv max 2 , trong đó v max là vận tốc ban đầu cực đại khi electron bật ra khỏi tế bào quang điện. Nhận xét: U o I bão hòa I O U hãm U AK
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
LUYỆN THI ĐẠI HỌC VẬT LÍ 2014 Thầy Lâm Phong
Gieo hành vi gặt thói quen. Gieo thói quen gặt tính cách. Gieo tính cách gặt số phận. ( Dick Lyles)
1
TỔNG HỢP CÁC CÔNG THỨC CƠ BẢN VÀ CÔNG THỨC GIẢI NHANH
VẬT LÝ 12 - LUYỆN THI ĐẠI HỌC 2014
CHƢƠNG VI: LƢỢNG TỬ ÁNH SÁNG (6 câu)
♥Bài 1: Hiện Tƣợng Quang Điện Ngoài - Thuyết Lƣợng Tử Ánh Sáng.
Thí nghiệm Hertz (1857 - 1894).
_ Đầu tiên, thí nghiệm được
bố trí bằng cách cho tạo ra tia
tử ngoại từ dòng hồ quang
điện. Sau đó, ta cho tia tử
ngoại chiếu thẳng vào một
tấm kim loại làm bằng Kẽm
(Zn) ( tấm kẽm nối với lá
kẽm đều được tích điện âm.
_ Khi chiếu tia tử ngoại vào
tấm kẽm sau một thời gian, ta thấy hai lá kẽm hút vào nhau. Khi
ngừng chiếu tia tử ngoại thì hai tấm kẽm lại đẩy nhau.
Giải thích hiện tƣợng: Khi chiếu tia UV vào tấm Zn thì electron
tự do trong tấm kẽm bật ra. Làm cho lá Zn mất đi sự cân bằng trực đối của 2 điện tích cùng dấu. ( Lúc này điện tích
dương nhiều hơn) nên chúng hút nhau. Khi ngừng chiếu tia UV vào thì các điện tích dương tạo thành một trường
điện hút các electron trở lại tấm kẽm ( cân bằng trung hòa điện tích), hai tấm kẽm lại đẩy nhau ra.
Định nghĩa hiện tƣợng quang điện ngoài: hiện tượng chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào tấm kim
loại làm cho electron bị bật ra gọi là hiện tượng quang điện ngoài.
Thí nghiệm về Tế Bào Quang Điện:
+ Cấu tạo: gồm một hình cầu bằng thạch anh bên trong là chân không, có hai
điện cực anốt (A) và catốt (K). Anốt (A) là vòng dây kim loại. Catốt (K) là tấm kim loại
có dạng hình chỏm cầu. ( G là điện kế, F là kính lọc)
+ Khi U AK > 0 và ta chiếu chùm
sáng có bước sóng thích hợp vào K
thì trong mạch có dòng quang điện.
+ Khi U AK = 0 I
qđ ≠ 0
+ U AK = U
hãm < 0 I = 0
+ Khi U AK U
o I bão hòa.
Theo thuyết lượng tử ánh sáng, ta có:E = hc
= hf ( trong đó c = 3.108
m/s, h =
6,625.10-34 : hằng số Planck)
Để có hiện tượng quang điện xảy ra ở thí nghiệm trên ta cần: U AK U
hãm U AK U
h (Do U h < 0)
Để làm bật các electron ra khỏi tấm kim loại, ta cần một nguồn năng lượng kích thích đủ để phá vỡ sự liên kết của
electron trong tấm kim loại. Điều này có nghĩa là E kích thích A
giới hạn của kim loại (Công thoát)
Và như vậy chúng ta có: hc
kích thích
hc
giới hạn
kích thích
giới hạn ( f
kích thích f giới hạn )
Áp dụng định lý động năng: " công của lực điện trường bằng độ biến thiên động năng" ta có:
|e|.U hãm =
1
2mv
max2 , trong đó v
max là vận tốc ban đầu cực đại khi electron bật ra khỏi tế bào quang điện.
Nhận xét:
U o
I bão hòa
I
O U hãm U
AK
LUYỆN THI ĐẠI HỌC VẬT LÍ 2014 Thầy Lâm Phong
Gieo hành vi gặt thói quen. Gieo thói quen gặt tính cách. Gieo tính cách gặt số phận. ( Dick Lyles)
2
♥ Nếu bước sóng không thay đổi, ta tăng cường độ chiếu sáng vào tế bào quang điện thì dòng I bão hòa tỉ lệ thuận với
cường độ chiếu sáng.
♦ Với mỗi ánh sáng thích hợp, cường độ I bão hòa tỉ lệ thuận với I chiếu sáng.
♣ Động năng ban đầu W
o_max không phụ thuộc vào I
chiếu sáng mà chỉ phụ thuộc bước sóng kích thích kt và bản chất của
kim loại dùng làm Catot.
♠ Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi kích thích
giới hạn, các định luật và hiện tượng quang điện chứng tỏ ánh sáng có
bản chất hạt.
Thuyết lƣợng tử ánh sáng:
+ Theo thuyết lượng tử ánh sáng của Max Planck( 1858 - 1947), là người khai sáng
cho thuyết lượng tử ánh sáng, thì " Phân tử hay nguyên tử, hấp thụ hay phát xạ
một lƣợng năng lƣợng xác định gọi là E = hf = hc
" (trong đó h chính là hằng số
planck do ông tìm ra).
+ Theo thuyết lượng tử ánh sáng của Albert Einstein (1879 - 1955), thì chùm ánh
sáng là chùm các photon (hạt), mỗi photon có năng
lượng xác định E = hc
với đặc điểm:
☺Trong chân không, photon bay với tốc độ c = 3.108 m/s dọc theo các tia sáng.
☻Nguyên tử hay phân tử, hấp thụ hay phát xạ ánh sáng thì chúng cũng phát ra
hay hấp thụ một photon.
☺Photon chỉ tồn tại ở trạng thái chuyển động, không có photon đứng yên.
☻Năng lượng của photon chỉ phụ thuộc vào tần số mà không phụ thuộc vào
khoảng cách đến nguồn sáng.
☺Theo thuyết tương đối của mình, Einstein còn chứng minh được E = mc2 .
Chú ý: Ở thí nghiệm về tế bào quang điện, thì cường độ dòng I bão hòa được
xác định: I bh = n
e.|e| (trong đó n e là số electron bật ra khỏi catot).
Phƣơng trình Einstein: E = mc2 =
hc
= hf = A + W
đ =
hc
o
+ 1
2 mv
o_max
2 = hf
o + |e|.U
h
Trong đó:
A = hc
o
là công thoát của kim loại dùm làm catốt.
o là giới hạn quang điện của KL dùng làm catốt
v
o_max là vận tốc ban đầu của electron quang điện khi thoát khỏi catốt
f, là tần số, bước sóng của ánh sáng kích thích.
U h là hiệu điện hãm.
Với : 1eV = 16.10-20
(J)
♥Bài 2: Hiện Tƣợng Quang Điện Trong - Hiện Tƣợng Quang Dẫn.
Hiện tƣợng quang điện trong: là hiện tượng chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào chất bán dẫn tạo
thành các electron dẫn và các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn
điện. (Hiện tượng quang điện trong vẫn tuân thủ định luật quang điện:
kích thích
giới hạn )
Hiện tƣợng quang dẫn: là hiện tượng giảm điện suất, tất là tăng độ
dẫn điện của chất bán dẫn, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào. ( I = U
R và
R = l
S I ).
Ứng dụng:
♀.Dùng Làm Quang Điện Trở: là một thiết bị hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện trong.
(1) - Đế cách điện (2) - Lớp bán dẫn mỏng.
(3) - Hai điện cực nối với nguồn (4) - Dây dẫn
(5) - Điện kế (6) - Nguồn điện
LUYỆN THI ĐẠI HỌC VẬT LÍ 2014 Thầy Lâm Phong
Gieo hành vi gặt thói quen. Gieo thói quen gặt tính cách. Gieo tính cách gặt số phận. ( Dick Lyles)
3
♂.Dùng làm Pin Quang Điện: là một thiết bị biến đổi
quang năng trực tiếp thành điện năng ( vẫn dựa trên hiện tượng
quang điện trong).
(1) - Lớp chất chống phản xạ ánh sáng
(2) - Điện cực lưới mặt trên
(3) - Lớp bán dẫn n - Silic
(4) - Lớp tiếp xúc bán dẫn p và n (5) - Lớp bán dẫn p, Si
(6) - Điện cực dưới (7) - Bóng đèn
Bảng giá trị giới hạn quang điện của các chất:
Chất kim loại o (m) Chất kim loại
o (m) Chất bán dẫn o (m)
Bạc (Ag) 0,26 Natri (Na) 0,50 Ge 1,88
Đồng (Cu) 0,30 Kali (K) 0,55 Si 1,11
Kẽm (Zn) 0,35 Xesi (Cs) 0,66 PbS 4,14
Nhôm (Al) 0,36 Canxi (Ca) 0,75 CdS 0,90
♥Bài 3: Sự Hấp Thụ Và Phản Xạ Lọc Lựa Ánh Sáng - Quang Phát Quang.
Sự hâp thụ lọc lựa:
+ Hiện tƣợng: Một chùm sáng trắng đi qua một chất thì trong quang phổ của ánh sáng trắng mất đi một số
bước sóng xác định đặc trưng cho chất đó. Khi ánh sáng trắng đi qua các chất khác nhau thì quang phổ của ánh
sáng trắng bị mất những bước sóng khác nhau.
+ Hấp thụ ánh sáng: là hiện tượng môi trường vật chất giảm I chiếu sáng khi truyền qua nó. Cường độ chiếu
sáng tuân theo định luật hàm mũ I = I o.e
-d
( là hệ số hấp thụ - Nâng Cao).
+ Kết Quả:
▲ Chất không hấp thụ ánh sáng với bất kỳ vật gần trong suốt.
► Vật không hấp thụ ánh sáng trong miền nhìn thấy vật trong suốt không màu.
◄ Vật hấp thụ hoàn toàn mọi ánh sáng nhìn thấy vật có màu đen.
▼ Vật hấp thụ lọc lựa ánh sáng trong miền nhìn thấy vật trong suốt có màu.
Kính Màu:
+ Màu sắc của các kính màu (kính lọc sắc) là do sự hấp thụ lọc lựa tạo nên.
+ Ví dụ với tấm kính lọc sắc đỏ:
■ Tấm kính đỏ khi chiếu sáng trắng qua nó thì nó chỉ cho tia đỏ truyền qua còn các bức xạ còn lại
bị nó hấp thụ gần như hoàn toàn.
■ Nếu chiếu vào tấm kính đỏ ánh sáng màu tím thì nó bị tấm kính đỏ hấp thụ hoàn toàn nên ta thấy
tấm kính có màu đen.
Quang Phát Quang:
+ Sự Phát Quang: là hiện tượng một số chất rắn, lỏng, khí khi hấp thụ năng lượng thì chúng có khả năng
phát ra các bức xạ điện từ trong miền ánh sáng nhìn thấy.
+ Đặc điểm:
■ Mỗi chất phát quang có một quang phổ đặc trưng.
■ Sau khi ngừng kích thích sự phát quang vẫn tiếp tục kèo dài thêm một khoảng thời gian mới
ngưng, gọi là thời gian phát quang.
■ Thời gian phát quang t kéo dài từ 10-10 s đến vài ngày.
+ Định nghĩa hiện tƣợng Quang Phát Quang: là sự phát quang của một số chất khi có ánh sáng thích
hợp chiếu vào. Có hai loại phát quang là lân quang và huỳnh quang:
■ Lân quang: thường xảy ra với chất rắn có t > 10-8 s.
■ Huỳnh quang: thường xảy ra với chất lỏng, khí có t < 10-8 s.
VD: Chiếu tia tử ngoại vào chất lỏng Flourexein thì thấy phát ra màu lục. (quang phát quang).
+ Một số loại phát quang khác: hóa phát quang (con đom đóm), phát quang catốt (màn hình TV), Điện
phát quang (Đèn LED), v.v...
LUYỆN THI ĐẠI HỌC VẬT LÍ 2014 Thầy Lâm Phong
Gieo hành vi gặt thói quen. Gieo thói quen gặt tính cách. Gieo tính cách gặt số phận. ( Dick Lyles)
4
Định luật Stoke: áng sáng phát quang ' dài hơn ánh sáng kích thích ( kt
pq)
♥Bài 4: Mẫu Nguyên Tử Bohr - Quang Phổ Nguyên Tử Hiđrô.
Mẫu hành tinh - Rutherford (1871 - 1937): Năm 1911, Rutherford cho rằng hạt nhân nguyên tử có nằm
tập trung trong một không gian rất nhỏ bé (cỡ femtomét), so với kích thước của nguyên tử (cỡ Ångström), xung
quanh là các electron mang điện tích âm chuyển động hỗn độn, điều đó đã lật đổ giả thuyết trước đó về nguyên tử
của J. J. Thomson (cho rằng nguyên tử là sự đan xen giữa các hạt mang điện tích dương và điện tích âm...).
Mẫu nguyên tử Niels Bohr (1885 - 1962): Năm 1913, nhà vật lý học người Đan Mạch, Niels Bohr đã đưa
ra một mô hình mới về mẫu nguyên tử (Ông đã chọn Hiđro để làm thí nghiệm) thỏa mãn hai tiên đề Bohr như
sau:
■ Tiên đề 1: nguyên tử chỉ tồn tại trong trại thái có năng lượng xác định E n gọi là trạng thái dừng. Ở
đó, nguyên tử không bức xạ hay hấp thụ năng lượng.
■ Tiên đề 2: về sự bức xạ hay hấp thụ năng lượng của
nguyên tử,
+ Khi nguyên tử ở trạng thái dừng E
m trạng thái
dừng E n (E
n < E
m) thì nguyên tử phát ra một lượng tử năng lượng
E = hf = hc
= E
m - E
n.
+ Ngược lại nếu đang ở trạng thái dừng E n mà hấp
thụ (kích thích) bởi một photon đúng bằng hiệu mức năng lượng
E
m - E n thì nó chuyển sang trạng thái dừng E
m cao hơn.
■ Hệ quả: trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân theo những
quỹ đão có bán kính xác định ta gọi là quỹ đạo dừng. Khoảng cách bán kính ấy thỏa: