Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng (Bản chuẩn kĩ năng)

Bức xạ của Vật đen . 
Thuyết lượng tử Planck. 
Hiệu ứng quang điện . 
Nhiệt dung riêng của Vật rắn . 
Tia X. 
Tán xạ Compton. 
Phổ nguyên tử và mẫu nguyên tử Bohr 
Sóng vật chất . 
Nhiễu xạ của điện tử . 
 Hệ thức bất định . 
CHƯƠNG 2 THUYẾT LƯỢNG TỬ 
Bức xạ là gì : 
 Sự phát sóng điện từ . 
Cách tạo ra bức xạ : 
	 Cung cấp năng lượng 
	PU hoá học . 
	 Điện từ trường . 
	 Ánh sáng . 
3. Bức xạ nhiệt là gì . 
4. Hấp thụ và Cân bằng bức xạ . 
5. Bức xạ phụ thuộc yếu tố nào : T? W? ? 
6. Năng suất bức xạ là gì : E/m 2 /s. 
I. Bức xạ của Vật đen . 
1. Vật đen : Hấp thụ không phản xạ 
2. Định lý Stefan- Boltzmann : 
	 - Công thức : P R = .. A.T 4 
A: Diện tích , T: Nhiệt độ , 
 : Hằng số S-B = 5,67.10 -8 W/m 2 .(K) 4 
 0 <  < 1: Hệ số hấp thụ-bức xa . 
Phân loại : 
- Vật đen :  =1 hấp thụ và bức xạ mạnh . 
- Vật phản xạ tốt  = 0, vật phát xạ kém . 
I. Bức xạ của Vật đen . 
Xem ý nghĩa đồ thị : 
3. Nội dung: ở mọi nhiệt độ cho trước :  W. T=b 
b= 2.896.10 -3 m 0 K (Kelvin): 
	 Hằng số Wien . 
( bước sóng sao cho P R cực đại ) 
Hçnh 2.1 
1646 0 K 
1259 0 K 
 
5 
10 
14 
1000 0 K 
P k 
Định lý Wien 
Thuyết lượng tử : Vật hấp thụ-bức xạ năng lượng SDT ở từng lượng gián đoạn : 
	 E=h  = h.c / 
	 Hằng số Planck h=6,625.10 -34 ( J.s ) 
 h/2pi =1,05 .10 -34 ( J.s ) 
II. Thuyết lượng tử Planck. 
2. Thuyết Einstein: Photon ánh sáng di chuyển v = c 
Có xung lượng và năng lượng tương đối , không ở trạng thái tĩnh . 
  N 
 S 
Hçnh 2.3 
 t 
3. Cường độ sáng : Số hạt 
 Photon qua 1m 2 trong 1s 
	 I=  N/  S.  t	 
4. Cường độ dòng điện ? 
5. Cường độ bức xạ ? 	 
II. Thuyết lượng tử Einstein. 
III. Hiệu ứng quang điện HUQĐ. 
1. Thực nghiệm : HUQĐ Là gì 
A 
Cathod 
Anod 
h  
Hçnh 2.4 
V 
V C 
Vacuum 
III. Hiệu ứng quang điện HUQĐ. 
2. Các định luật quang điện ( Millikan ) 
	- Bước sóng giới hạn cho HUQĐ  0 = h.c /A   <  0 
	-I AS tăng ? I qd tăng theo . 
	-KE ban đầu phụ thuộc  không phụ thuộc I AS 
Giải thích ??? 1photon chỉ cho E cho 1 electron 
Công thức Einstein: E = h.c /  = A+ mv 2 max /2 
Khi cho v=0  h.c/  0 = A 
Số p tăng  số e bậc ra tăng 
Số p tăng  không ảnh hưởng v 2 max 
Ưng dụng hiệu ứng quang điện . 
1. Ông nhân quang điện . 
Mục đích : Nhân số lượng e bức xạ từ các Cathod . 
Khuếch đại công suất (power applifier ) 
Anode 
Cathod 
Hçnh 2.5 
R 1 
R 2 
Pin quang điện Solar cell- Tế bào quang điện 
+ 
+ 
+ 
P 
N 
h  
I 
Hçnh 2.6 
R 
Ưu điểm : biến đổi ánh sáng Mặt Trời thành điện . 
Nhưng hiệu suất thấp 20%- Gía thành cao . 
V. Tia Roentgen ( tia X bước sóng : 10 -8  10 -12 m) 
Tính chất : 	 
- Tác dụng lên phim ảnh . 
-Ion hóa chất khí . 
- Sinh lý : Tiêu diệt vi khuẩn và cả tế bào . 
- Không bị lệch trong E, B nên nó không có Q 
Thí nghiệm : 
Tia X 
Hçnh 2.8 
Doìng haût electron 
Cathod bàòng V onfram 
Đối âm cực 
Cơ chế tạo ra tia X 
Electron tương tác nguyên tử  TT hạt nhân  DĐ mạng NT  sinh ra sóng điện từ là Tia X 
Bước sóng cực tiểu của Tia X : 
 min = h.c / e.Vcc 
Giải thưởng Nobel 1895 
Wilhelm Konrad Roentgen 
VI. Tán xạ Compton 
Kết qủa thí nghiệm Tán xạ tia X với electron (1923): 
 Tia X va chạm electron  Truyền E và P cho electron  Tia X sau tán xạ có E giảm  Tần số giảm  Bước sóng tăng lên . 	 	 
Tia X 
Electron 
TiaX taïn xaû 
Electron sau va chaûm 
 
 
Hçnh 2.10 
Công thức tán xạ Compton. 
Bước sóng Compton: Xét tán xạ với một hạt Khối lượng m 
Bước sóng Compton: Với hạt electron (me) thì  c =2,42.10 -12 m 
VII. Phổ nguyên tử và mẫu nguyên tử Bohr 
Mẫu nguyên tử Rutherford 
Thí nghiệm : Bắn hạt đạn vào NT  cấu trúc NT 
	 - Hạt nhân và các electron quay xung quanh . 
	- Hạt nhân mang điện dương  làm lệch các hạt ? 
Nhược điểm :	 
	- Không giải thích quang phổ nguyên tử là vạch . 
	- Khi nguyên tử phát sóng  các e phải rơi vào nhân 
	  Nguyên tử không tồn tại . Sai thực tế ??? 
1 
2 
3 
4 
Hçnh 2.11 
3. Mẫu nguyên tử Bohr (1913) 
 @. Quỹ đạo dừng ứng trạng thái dừng  không bức xạ . 
 @. Ở quỹ đạo dừng  E, L(momen XL) bị lượng tử hóa . 
 @ Khi nhận W kích thích e chuyển sang quỹ đạo dừng E cao hơn 
 @. Phát sóng điện từ khi chuyển về quỹ đạo dừng củ : 
	 E exc -E ground = h  = hc /  
@. Nguyên tử Hydrogen: Bán kính quỹ đạo dừng tăng tỷ lệ với bình phương của các số nguyên có tên gọi như sau : 
	 K	L	M	N	O	P 
	r	4r	9r	16	25r	36r 
 r= 5,3.10 -11 m được gọi là bán kính Bohr. 
Thành công : Giải thích quang phổ vạch của nguyên tử H 2 
Nhiễu Xạ của điện tử ( hạt thể hiện Tính chất sóng ) 
Thuyết Fresnal 
Thí nghiệm Davisson-Germer : 
Nhiễu xạ tia X 
(54 eV , 1,24.10 -10 m) 
* Phải dùng tinh thể sinh 
 học làm cách tử 2,15 A 
* Bản tinh thể mỏng ( vài mm) 
  dễ quan sát 	 	 
Kết luận : hạt thể hiện sóng VC 
VIII. Sóng vật chất 
Giả thuyết Broglie : Hạt và sóng là hai mặt của VC. 
* Như ánh sáng là lưỡng tính sóng hạt . 
* Tia x là sóng nhưng cũng gây tán xạ ( hạt )	 
* Electron là hạt nhưng khi v lớn có thể tạo ra nhiễu xạ . 
* Nên hạt và sóng là hai thể hiện của vật chất 
* Liên hệ Hạt và sóng : Hạt P,E sóng có  = h/p . 
VIII. Sóng vật chất 
Giả thuyết Broglie : Hạt và sóng là hai mặt của VC. 
Như ánh sáng là lưỡng tính sóng hạt . 
Tia x là sóng nhưng cũng gây tán xạ ( hạt )	 
Electron là hạt nhưng khi v lớn có thể tạo ra nhiễu xạ . 
Nên hạt và sóng là hai thể hiện của vật chất 
	 Liên hệ Hạt và sóng : Hạt P,E sóng có  = h/p . 
Đối với vi hạt như e, Photon, Proton, khi chuyển động 
nhanh thì bước sóng vật chất là quan sát được 1  10 -12 m . 
Với các vật vĩ mô ( ping pong) sóng vật chất là không quan sát được vì bước sóng ? 10 -30 m 
Hệ thức bất định đối với năng lượng 
Hệ thức bất định cho tần số . 
X. Hệ thức bất định Heisenberg 
Không xác định chính xác đồng thời tọa độ và xung lượng 
Không xác định chính xác đồng thời tọa độ và vận tốc 
1- Những vật nóng nhất và lạnh nhất trong tự nhiên ? 
2- Boltzmann và những nguyên lý về truyền và cân bằng Nhiệt ? 
3- Các ứng dụng của quá trình cân bằng bức xạ nhiệt ? 
4- Các xe dùng năng lượng ánh sáng từ Mặt Trời . 
5- Đặc trưng của các hạt phôtôn ánh sáng và sự hấp thụ phôtôn ? 
6- Các ứng dụng cơ bản của hiệu ứng Compton? 
7- Các mô hình về cấu trúc nguyên tử và việc ứng dụng chúng ? 
8- Các ứng dụng cụ thể của pin quang điện ? 
9- Tia tử ngoại , tia x và tia cực tím những vấn đề chung ? 
10- Chụp ảnh X quang các mối nguy cơ tiềm ẩn . 
11- Những phát hiện mới về thuyết sóng hạt vật chất ? 
12- Hiểm họa từ các tia bức xạ điện từ đến từ vũ trụ và mobiphone ? 
13- Khả năng con người hiểu biết về cơ chế hạt nhân ? 
14- Thời gian sống của electron trên các mức quỹ đạo dừng . 
Các chủ đề nghiên cứu 1C 
1- Định lý Stefan- Boltzmann : P R = .. A.(T 1 4 - T 2 4 ) 
2- Định lý Wien :  W. T=b 
3- Thuyết lượng tử : E=h  = h.c /; Cường độ sáng : I=  N/  S.  t 
4- Các định luật quang điện Các định : E = h.c /  = A+ mv 2 max /2 
 	  0 = h.c /A n 
5- Bước sóng cực tiểu của Tia X :  min = h.c/(e.Vcc ) 
6- Tán xạ compton 
 Với hạt electron (me) thì  c =2,42.10 -12 m 
7- Phát sóng điện từ khi chuyển quỹ đạo dừng : E exc -E gr = h  = hc /  
8- Liên hệ Hạt và sóng : Hạt (P, E) sóng có  = h/p . 
9- Hệ thức bất định Heisenberg 
Ôn tập