Cập nhật thông tin chi tiết về Hiện Tượng Quang Điện Và Thuyết Lượng Tử Ánh Sáng mới nhất trên website Tvzoneplus.com. Hy vọng nội dung bài viết sẽ đáp ứng được nhu cầu của bạn, chúng tôi sẽ thường xuyên cập nhật mới nội dung để bạn nhận được thông tin nhanh chóng và chính xác nhất.
Hiện tượng quang điện
Thí nghiệm Hertz về hiện tượng quang điện
Đặt một tấm kẽm đã được tích điện âm lên trên một điện nghiệm (tấm kẽm nối với điện cực của điện nghiệm) thì thấy hai lá kim loại của điện nghiệm xòe ra.
Chiếu một chùm ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm thì thấy hai lá kim loại của điện nghiệm cụp lại chứng tỏ tấm kẽm bị mất điện tích âm nghĩa là êlectrôn đã bị bật ra khỏi tấm kẽm.
Hiện tượng trên không xảy ra nếu
Ban đầu ta tích điện dương cho tấm kẽm
Chắn chùm ánh sáng hồ quang bằng một tấm thủy tinh.
Lý do mà hiện tượng không xảy ra là
Nếu ban đầu tích điện dương (đủ lớn) cho tấm kẽm thì tấm kẽm này đang thiếu electrôn. Khi chiếu chùm ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm thì cũng có electrôn bị bật ra nhưng sẽ ngay lập tức bị tấm kẽm hút trở lại (Theo định luật Coulomb: “Hai điện tích trái dấu hút nhau”). Do đó điện tích của tấm kẽm không đổi. Hai lá kim loại của điện nghiệm vẫn tiếp tục xòe ra.
Tia tử ngoại trong chùm hồ quang bị thủy tinh hấp thụ mạnh nên chùm ánh sáng đến được tấm kẽm chỉ là các bức xạ đơn sắc có bước sóng dài (các tia tử ngoại có bước sóng dài, ánh sáng thấy được, tia hồng ngoại). Điều này giúp khẳng định rằng hiện tượng electrôn bị bật ra khỏi tấm kẽm chỉ xảy ra với các bức xạ tử ngoại có bước sóng ngắn mà thôi.
Từ thí nghiệm trên ta có thể rút ra kết luận sau:
Hiện tượng ánh sáng làm bật các electrôn ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài).
Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra với một số bức xạ đơn sắc nào đó.
Định luật về giới hạn quang điện (Định luật quang điện thứ nhất)
Giới hạn quang điện của các kim loại thông thường (như: bạc, đồng, kẽm, nhôm) ở trong miền tử ngoại.
Giới hạn quang điện của các kim loại kiềm, kềm thổ (như: canxi, natri, xêsi, kali) ở trong miền ánh sáng thấy được.
Thuyết lượng tử ánh sáng
Giả thuyết Plăng
Lượng năng lượng mà mỗi lần nguyên tử hoặc phân tử hấp thụ hoặc bức xạ có một giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf, trong đó h = 6,625.10 – 34 J.s là hằng số Plăng, f là tần số của ánh sáng ứng với bức xạ đang xét (Hz).
Thuyết lượng tử ánh sáng
c) Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108 m/s dọc theo tia sáng.
d) Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ thì chúng phát xạ và hấp thụ một phôtôn.
e) Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động, không có phôtôn đứng yên.
3. Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng
Theo Anhxtanh, mỗi lần nguyên tử hay phân tử ở bề mặt kim loại hấp thụ một phôtôn thì nó dùng năng lượng này vào hai việc:
Cung cấp một một năng lượng A để bứt electrôn ra khỏi liên kết với hạt nhân nguyên tử. Năng lượng này được gọi là công thoát.
Phần năng lượng còn lại biến thành động năng của electrôn khi bứt khỏi kim loại.
Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng
Từ thí nghiệm về nhiễu xạ ánh sáng và giao thoa ánh sáng ta thấy ánh sáng có tính chất sóng.
Từ thí nghiệm về hiện tượng quang điện ta thấy ánh sáng có tính chất hạt (tính chất lượng tử)
Do vậy ta nói: “Ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt”
Chú ý: Dù ánh sáng thể hiện ra là sóng hay là hạt thì ánh sáng vẫn có bản chất điện từ.
[Total:
0
Average:
0
]
Bài 30. Hiện Tượng Quang Điện. Thuyết Lượng Tử Ánh Sáng
Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài, thường gọi tắt là hiện tượng quang điện.
Hiện tượng này được Héc phát hiện khi làm thí nghiệm vào năm 1887.
II. Định luật về giới hạn quang điện
Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có chiếu tới kim loại có bước sóng (lambda) ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện (lambda_0) của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện.
II. Thuyết lượng tử ánh sáng
1. Giả thuyết lượng tử năng lượng của Plăng
Theo Plăng thì 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. Lượng tử năng lượng, kí hiệu (varepsilon), có giá trị bằng:
Trong đó (f) là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra.
(h) là một hằng số, gọi là hằng số Plăng, (h = 6,625.10^{-34}) J.s
2. Thuyết lượng tử ánh sáng
Để giải thích hiện tượng quang điện, nhà bác học Anh-xtanh đã phát triển giả thuyết của Plăng lên một bước và đề xuất thuyết lượng tử ánh sáng (còn gọi là thuyết phôtôn) có nội dung như sau
Chùm sáng ánh là một chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng).
Mỗi phôtôn có năng lượng xác định (varepsilon = hf) ((f) là tần số của sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng).
Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ (c = 3.10^8) m/s trong chân không.
Phân tử, nguyên tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn.
3. Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng
Muốn cho êlectron thoát khỏi mặt kim loại phải cung cấp cho nó một công để “thắng” các lực liên kết. Công này được gọi là công thoát ((A)).
Như vậy, muốn cho hiện tượng quang điện xảy ra thì
(hf geq A) (Rightarrow) (frac{hc}{lambda}geq A) (Rightarrow) (lambdaleq frac{hc}{A})
(lambdalelambda_0)
(lambda_0) là giới hạn quang điện của kim loại đó
IV. Lưỡng tính sóng-hạt của ánh sáng
Các hiện tượng xảy ra chứng tỏ rằng ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt và có bản chất điện từ.
Hiện Tượng Giao Thoa Ánh Sáng, Nhiễu Xạ Ánh Sáng, Tính Chất Sóng Của Ánh Sáng
Nhiễu xạ ánh sáng: là hiện tượng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản
Thông qua hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng và hiện tượng giao thoa ánh sáng bạn có thể kết luận được ánh sáng có tính chất sóng.
3/ Cách xác định vị trí các vân sáng, vân tối trên màn quan sát: Nguồn sáng S phát ra chùm sáng đi qua hai khe hẹp S1; S$_{2 Gọi}$
a: là khoảng cách giữa hai nguồn S1S$_{2 }$
D: là khoảng cách từ hai nguồn S1S2 đến màn quan sát
OA = x: là vị trí của một vân sáng (tối) quan sát được
d1: khoảng cách từ nguồn S1 đến A
d2: khoảng cách từ nguồn S2 đến A
Chứng minh công thức giao thoa ánh sáng
a/ Vị trí vân sáng bậc k:
[x_{k}=kdfrac{lambda D}{a}]
b/ Vị trí vân tối thứ k + 1
[{x’}_{k+1}=(k+dfrac{1}{2})dfrac{lambda D}{a}]
Lưu ý: vân tối không có khái niệm bậc giao thoa 3/ Khoảng vân trong giao thoa ánh sáng Khoảng vân giao thoa (khoảng vân i) là khoảng cách giữa 2 vân sáng liên tiếp hoặc 2 vân tối liên tiếp.
Công thức tính khoảng vân i:
[i=dfrac{lambda D}{a}]
4/ Ứng dụng hiện tượng giao thoa ánh sáng:
a: khoảng cách giữa hai nguồn giao thoa
D: khoảng cách từ hai nguồn giao thoa đến màn
i: khoảng vân
là các giá trị có thể đo đạc được trong quá trình thí nghiệm giao thoa ánh sáng, từ các giá trị trên bạn có thể xác định được bước sóng của các ánh sáng đơn sắc có màu sắc khác nhau.
Thử tài của bạn? khi một ánh sáng màu đỏ truyền vào trong một môi trường nước màu xanh (blue) thì ta sẽ quan sát được mầu gì?
5/ Giao thoa ánh sáng trắng Thí nghiệm giao thoa ánh sáng trắng
Thí nghiệm ánh sáng dùng trong khe Yâng (Young) là ánh sáng đơn sắc nếu là ánh sáng trắng ta cũng thu được các hệ vân sáng tối xen kẽ nhau, nhưng phức tạp hơn rất nhiều, tuy nhiên vân trung tâm vẫn là vân sáng (cụ thể là ánh sáng trắng)
nguồn:vật lý phổ thông ôn thi quốc gia
Chất Quang Dẫn Là Gì? Hiện Tượng Quang Điện Trong Ứng Dụng Quang Điện Trở Và Pin Quang Điện
– Chất quang dẫn là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi bị chiếu sáng thích hợp.
– Một số chất bán dẫn như Ge, Si, PbS, CdS, PbSe,… là chất quang dẫn.
– Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết để cho chúng trở thành electron dẫn, đồng thời cũng tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện.
– 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 cấu tạo gồm một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện.
– Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài MΩ khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục Ω khi được chiếu ánh sáng thích hợp.
– Pin quang điện là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.
– Hiệu suất của pin quang điện chỉ vào khoảng trên dưới 10%
– Cấu tạo và hoạt động:
+ Pin có một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p. Trên cùng là một lớp kim loại rất mỏng, dưới cùng là một đế kim loại, các kim loại này đóng vai trò là các điện cực.
+ Giữa bán dẫn loại n và bán dẫn loại p hình thành một lớp tiếp xúc p-n. Lớp này ngăn không cho electron khuếch tán từ n sang p và lỗ trống khuếch tán từ p sang n. Vì vậy, người ta gọi lớp tiếp xúc này là lớp chặn.
+ Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang điện vào lớp kim loại mỏng trên cùng thì ánh sáng sẽ đi xuyên qua lớp này vào lớp loại p, gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng ra các cặp electron và lỗ trống. Electron dễ dàng qua lớp chặn xuống bán dẫn loại n còn lỗ trống thì bị giữ lại trong lớp p. Kết quả là điện cực kim loại mỏng ở trên sẽ nhiễm điện dương và trở thành điện cực dương của pin, còn đế kim loại ở dưới sẽ nhiễm điện âm và trở thành điện cực âm của pin.
+ Suất điện động của pin quang điện nằm trong khoảng từ 0,5V đến 0,8V.
– Pin quang điện được ứng dụng trong: Nguồn điện ở vùng sâu, vùng xa, nguồn điện trong máy tính bỏ túi, nguồn điện ở các tàu vũ trụ và các máy đo ánh sáng,…
IV. Bài tập về hiện tượng quang điện trong
* Bài 1 trang 162 SGK Vật lý 12: Chất quang dẫn là gì?
° Lời giải bài 1 trang 162 SGK Vật lý 12:
– Chất quang dẫn là chất dẫn điện kém khi không được chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi được chiếu ánh sáng thích hợp.
* Bài 2 trang 162 SGK Vật lý 12: Hiện tượng quang điện trong là gì ? Giải thích tính quang dẫn của một chất.
° Lời giải bài 2 trang 162 SGK Vật lý 12:
– Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng ánh sáng làm bứt các electron liên kết thành các electron dẫn.
– Giải thích tính quang dẫn của một chất :
+ Khi không bị chiếu sáng, các electron trong chất quang dẫn đều ở trạng thái liên kết với ion ở nút mạng tinh thể. Không có electron tự do nên chất quang dẫn cách điện.
+ Khi chiếu sáng chất quang dẫn, mỗi photon của ánh sáng kích thích sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một electron liên kết. Nếu năng lượng mà electron nhận được đủ lớn thì electron đó được giải phóng khỏi liên kết trở thành electron dẫn. Mặt khác, mỗi electron liên kết được giải phóng để lại một lỗ trống. Lỗ trống này cũng tham gia vào quá trình dẫn điện. Kết quả là chất nói trên dẫn điện.
* Bài 3 trang 162 SGK Vật lý 12: Trình bày cấu tạo và hoạt động của một pin quang điện.
° Lời giải bài 3 trang 162 SGK Vật lý 12:
* Cấu tạo của pin quang điện:
+ Pin có một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p. Trên cùng là một lớp kim loại rất mỏng, dưới cùng là một đế kim loại, các kim loại này đóng vai trò là các điện cực.
* Hoạt động của pin quang điện:
– Khi chiếu ánh sáng vào bề mặt lớp p thì trong lớp này xuất hiện rất nhiều các electrôn dẫn. Chúng ngay lập tức khuếch tán sang lớp n khiến lớp bán dẫn p trở nên nhiễm điện dương còn lớp n thừa electrôn trở nên nhiễm điện âm.
– Ở phía trên lớp p có một lớp kim loại mỏng (vừa cho phép ánh sáng đi qua, vừa có tác dụng dẫn điện) nối với một điện cực. Điện cực này là điện cực dương.
– Ở phía dưới lớp n là một đế bằng kim loại đóng vai trò của điện cực âm.
– Nối hai điện cực của pin quang điện với một mạch ngoài thì trong mạch ngoài có dòng điện một chiều chạy từ cực dương sang cực âm. Suất điện động của pin quang điện nằm trong khoảng 0,5V đến 0,8V.
* Bài 4 trang 162 SGK Vật lý 12: Hãy ghép nửa câu ở phần trên với nửa câu tương ứng ở phần dưới để thành một câu có nội dung đúng.
A. Pin hóa học …
B. Pin nhiệt điện …
C. Pin quang điện …
a) … hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạch một lớp chặn.
b) … hoạt động dựa vào sự hình thành các hiệu điện thế hóa ở hai điện cực
c) … Hoạt động dựa vào sự hình thành hiệu điện thế khi các electron tự do khuếch tán từ đầu nóng sang đầu lạnh của một dây kim loại.
° Lời giải bài 4 trang 162 SGK Vật lý 12:
A. Có giá trị rất lớn
B. Có giá trị rất nhỏ
C. Có giá trị không đổi
D. Có giá trị thay đổi được
° Lời giải bài 5 trang 162 SGK Vật lý 12:
*Chọn đáp án: D. Có giá trị thay đổi được
A. có giá trị rất lớn.
B. có giá trị rất nhỏ.
C. có giá trị không đổi, không phụ thuộc điều kiện bên ngoài.
D. chỉ xuất hiện khi pin được chiếu sáng.
° Lời giải bài 6 trang 162 SGK Vật lý 12:
*Chọn đáp án: D. chỉ xuất hiện khi pin được chiếu sáng.
Bạn đang xem bài viết Hiện Tượng Quang Điện Và Thuyết Lượng Tử Ánh Sáng trên website Tvzoneplus.com. Hy vọng những thông tin mà chúng tôi đã chia sẻ là hữu ích với bạn. Nếu nội dung hay, ý nghĩa bạn hãy chia sẻ với bạn bè của mình và luôn theo dõi, ủng hộ chúng tôi để cập nhật những thông tin mới nhất. Chúc bạn một ngày tốt lành!