Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng - Nguyễn Anh Tuấn

I: 
(THÍ NGHIEÄM HERTZ) 
Khi chặn đường đi chùm 
sáng hồ quang bằng tấm 
thủy tinh màu vàng ( chỉ cho 
ánh sáng vàng  v àng = 0,57 m 
qua), điện tích âm của tấm 
Natri có bị bật ra hay không ? 
Dùng kim 
loại Natri 
 HIEÄN TÖÔÏNG QUANG ÑIEÄN NGOAØI 
1.HIEÄN TÖÔÏNG QUANG ÑIEÄN NGOAØI: 
(THÍ NGHIEÄM HERTZ) 
Dùng kim 
loại Natri 
Khi chặn đường đi chùm 
sáng hồ quang bằng tấm 
thủy tinh màu lam ( chỉ cho 
ánh sáng lam  lam = 0,45 m 
qua) , điện tích âm của tấm 
Natri có bị bật ra hay không ? 
Đối với Natri 
* Ánh sáng vàng  v àng = 0,57 m  0,50 m 
không gây hiện tượng quang điện 
* Ánh sáng lam  lam = 0,45 m  0,50 m g ây 
ra hiện tượng quang điện 
Giới hạn quang điện của Natri là  0 = 0,50 m 
Giới hạn quang điện của Kẽm là  0 = 0,35 m 
Mỗi kim loại có một giới hạn quang điện  0 
của kim loại đó . Muốn xảy ra hiện tượng 
quang điện , bước sóng bức xạ chiếu vào 
phải nhỏ hơn giới hạn quang điện của kim 
loại đó    0 
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  0 của 
kim loại đó (   0 ) mới gây ra được 
hiện tượng quang điện 
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  0 của 
kim loại đó (   0 ) mới gây ra được 
hiện tượng quang điện 
Gi ới hạn quang điện  0 là đặc trưng riêng 
của kim loại đó 
Với Bạc , giới hạn quang điện là  0 = 0,26 m 
Với Đồng , giới hạn quang điện là  0 = 0,30 m 
Với Kẽm , giới hạn quang điện là  0 = 0,35 m 
Với Nhôm , giới hạn quang điện là  0 = 0,36 m 
Với Natri , giới hạn quang điện là  0 = 0,50 m 
Với Kali, giới hạn quang điện là  0 = 0,55 m 
Với Xesi , giới hạn quang điện là  0 = 0,66 m 
Với Calci , giới hạn quang điện là  0 = 0,75 m 
Nếu chiếu ánh sáng (hay bức xạ ) 
có bước sóng lớn hơn giới hạn 
quang điện của kim loại vào kim 
loại ấy , 
Sẽ không bao giờ xảy ra hiện 
tượng quang điện , dù cho cường 
độ chùm sáng c ó mạnh đến cỡ 
nào đi nữa 
Theo thuyết sóng ánh sáng , khi sóng ánh 
sáng ( sóng điện từ ) lan truyền đến kim 
loại , nó làm electron của kim loại dao động 
Cường độ chùm sáng càng lớn , electron 
dao động càng mạnh . 
Đến lúc cường độ chùm sáng đủ mạnh , nó 
sẽ làm cho electron bật ra khỏi kim loại , 
ngay cả khi bước sóng ánh sáng chiếu vào 
lớn hơn giới hạn quang điện . 
Điều nầy không xảy ra trong thực tế 
Theo thuyết sóng ánh sáng , nguyên 
tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ 
năng lượng một cách liên tục và nó 
chỉ sinh ra quang phổ liên tục 
Thực tế , một số nguyên tố bị kích thích phát 
sáng phát ra quang phổ vạch 
Vậy quan niệm nguyên tử phát xạ hay hấp 
thụ năng lượng liên tục không đúng 
Vậy quan niệm nguyên tử phát xạ hay 
hấp thụ năng lượng liên tục không 
đúng 
Năm 1900, Plăng đề ra giả thuyết sau : 
“ Lượng năng lượng mà mỗi lần nguyên tử 
hay phân tử phát xạ hay hấp thụ có giá trị 
hoàn toàn xác định bằng hf . Trong đó f là 
tần số ánh sáng bị hấp thụ hay phát ra 
và h là một hằng số . 
III. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 
1. Giả thuyết Plăng : “ Lượng năng 
lượng mà mỗi lần nguyên tử hay phân 
tử phát xạ hay hấp thụ có giá trị hoàn 
toàn xác định bằng  = hf . Trong đó f 
là tần số ánh sáng bị hấp thụ hay phát 
ra và h là một hằng số . 
 = hf g ọi là lượng tử năng lượng 
2. Lượng tử năng lượng : 
 Mỗi lần nguyên tử phát xạ hay hấp thụ 
năng lượng , nó đều phát ra hay hấp thụ một 
lượng năng lượng bằng  = h.f gọi là 
lượng tử năng lượng hay photon 
Trong đó h = 6,625.10 – 34 ( J.s ) là hằng số 
Plăng 
2. Lượng tử năng lượng : 
 Mỗi lần nguyên tử phát xạ hay hấp thụ 
năng lượng , nó đều phát ra hay hấp thụ một 
lượng năng lượng bằng  = h.f gọi là 
lượng tử năng lượng hay photon 
Trong đó h = 6,625.10 – 34 ( J.s ) là hằng số 
Plăng 
Quan niệm thông thường về sự phát xạ hay 
hấp thụ năng lượng của nguyên tử là nó phát 
xạ năng lượng liên tục nên lượng năng lượng 
phát ra có giá trị lớn , nhỏ bất kỳ , không xác 
định . 
C2: Nêu sự khác biệt giữa giả thuyết Plăng với 
quan niệm thông thường về sự phát xạ hay hấp 
thụ năng lượng 
* Quan niệm thông thường lượng năng 
lượng nguyên tử phát xạ , hay hấp thụ có giá 
trị bất kỳ . 
*Theo Plăng , một lần nguyên tử phát xạ hay 
hấp thụ năng lượng một lượng  = h.f 
L ượng năng lượng phát xạ ( hấp thụ ) bằng 
bội số của  = h.f 
Giả thuyết Plăng chưa giải thích được 
định luật về giới hạn quang điện . 
Để giải thích định luật nầy , dựa vào 
giả thuyết Plăng , Anhstanh đã đề ra 
thuyết lượng tử ánh sáng ( thuyết 
photon) 
3. Thuyết lượng tử ánh sáng : 
Ánh sáng tạo thành từ các hạt photon luôn 
luôn chuyển động 
b. Các photon của mỗi ánh sáng đơn sắc , tần 
số f đều giống nhau , mỗi photon mang năng 
lượng  = h.f 
c. Các photon bay với tốc độ c = 3.10 8 m/s 
trong chân không dọc theo tia sáng 
d. Mỗi lần nguyên tử phát xạ hay hấp thụ ánh 
sáng , chúng phát ra hay hấp thụ một photon 
3. Thuyết lượng tử ánh sáng : 
a. Ánh sáng tạo thành từ các hạt photon luôn 
luôn chuyển động 
b. Các photon của mỗi ánh sáng đơn sắc , tần 
số f đều giống nhau , mỗi photon mang năng 
lượng  = h.f 
c. Các photon bay với tốc độ c = 3.10 8 m/s 
trong chân không dọc theo tia sáng 
d. Mỗi lần nguyên tử phát xạ hay hấp thụ ánh 
sáng , chúng phát ra hay hấp thụ một photon 
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  0 của 
kim loại đó (   0 ) mới gây ra được 
hiện tượng quang điện . 
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  0 của 
kim loại đó (   0 ) mới gây ra được 
hiện tượng quang điện . 
Gi ải thích định luật quang điện dựa 
vào thuyết lượng tử ánh sáng ? 
4. Gi ải thích định luật quang điện 
dựa vào thuyết lượng tử ánh sáng 
ĐL: H iện tượng quang điện là hiện tượng 
electron bật ra khỏi mặt kim loại khi bị 
chiếu sáng bằng bức xạ thích hợp 
GT: Trong kim loại , electron liên kết với 
nguyên tử kim loại . 
Muốn bứt ra khỏi kim loại , electron phải 
thực hiện công lớn hơn công liên kết giữ 
nó lại ( gọi là công thoát A ) 
Khi kim loại bị chiếu sáng , mỗi electron hấp thu 
toàn bộ năng lượng  = h.f 
của một photon 
Muốn xảy ra hiện tượng quang điện , năng lượng 
electron thu vào phảỉ lớn hơn công thoát A 
Đặt 
 0 là giới hạn quang điện của kim loại 
Muốn xảy ra hiện tượng quang điện thì 
bước sóng của ánh sáng hay bức xạ chiếu 
vào kim loại phải nhỏ hơn giới hạn quang 
điện của kim loại ấy 
VI. LƯỠNG TÍNH SÓNG - HẠT CỦA ÁNH 
SÁNG: 
Có nhiều hiện tượng quang học chứng tỏ 
ánh sáng có tính chất sóng ( nhiễu xạ , giao 
thoa ) 
Có hiện tượng quang học khác chứng tỏ 
ánh sáng có tính chất hạt ( hiện tượng 
quang điện ) 
Vậy ánh sáng có lưỡng tính Sóng-Hạt 
Lưu ý: Ánh sáng luôn luôn có bản chất 
sóng điện từ . 
 CÂU HỎI ÔN TẬP 
Câu 1: Chọn câu đúng . Hiện tượng quang 
điện ngoài là : 
Hiện tượng nhiệt độ làm bật ra các 
electron ở bề mặt kim loại khi nó bị đốt nóng 
B. Hiện tượng các electron ở bề mặt kim loại 
bị bật ra do chịu tác dụng điện trường 
C. Hiện tượng các electron ở bề mặt kim loại 
bật ra khi chiếu ánh sáng hay bức xạ thích 
hợp vào kim loại 
D. Hiện tượng ánh sáng gây ra dòng điện ở 
bề mặt kim loại 
Câu 2: Chọn câu đúng . Định luật về giới hạn 
quang điện 
Hiện tượng quang điện xảy ra khi ánh sáng 
kích thích có bước sóng    0 ( giới hạn 
quang điện của kim loại ) 
B. Hiện tượng quang điện xảy ra khi ánh sáng 
kích thích có bước sóng    0 ( giới hạn 
quang điện của kim loại ) 
C. Hiện tượng quang điện xảy ra khi chiếu 
sáng kim loại bằng chùm sáng mạnh 
D. Hiện tượng quang điện xảy ra khi chiếu 
sáng kim loại bằng chùm sáng yếu 
Câu 3. Chọn câu sai . Theo giả thuyết Plăng 
A. Lượng năng lượng nguyên tử phát xạ 
có giá trị hoàn toàn xác định 
B. Lượng năng lượng nguyên tử phát xạ 
có giá trị bằng h.f 
C. Lượng năng lượng nguyên tử hấp thụ 
có giá trị bằng h.f 
D. Lượng năng lượng nguyên tử phát xạ 
hay hấp thụ luôn luôn liên tục 
Câu 4: Chọn câu đúng nhất . Lượng tử năng 
lượng có giá trị 
A. 
B. 
C. 
D. Câu B và C đều đúng 
Câu 5: Chọn câu sai . Theo thuyết lượng tử 
ánh sáng 
Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là 
photon 
B. Các photon của ánh sáng đơn sắc tần số f 
đều giống nhau , mỗi photon có năng lượng h.f 
C. Photon có thể xuất hiện khi nó đứng yên 
D. Mỗi lần nguyên tử phát xạ hay hấp thụ 
năng lượng ánh sáng thì nó phát ra hay hấp 
thu một photon 
Câu 6: Đ ố i với Natri (  0 = 0,50 m) , ánh 
sáng hay bức xạ có thể gây ra hiện 
tượng quang điện là : 
Ánh sáng đỏ (  = 0,76 m) 
B. Ánh sáng vàng  = 0,57 m) 
C. Ánh sáng tím (  = 0,40 m) 
D. Cả A, B, C đều sai 
Câu 7: Năng lượng của photon có tần 
số f = 10 12 Hz là : 
6,625.10 – 46 (J) 
6,625.10 – 22 (J) 
 6,625.10 – 408 (J) 
Cả A, B, C đều sai 
Câu 8: Năng lượng của photon có 
bước sóng  0 = 0,50 m là : 
A. 2.975.10 – 19 (J) 
B. 4.975.10 – 19 (J) 
C. 3.975.10 – 19 (J) 
D. Cả A, B, C đều sai 
Câu 9: Chọn câu đúng nhất . Trong hiện 
tượng quang điện ngoài , electron hấp thu 
toàn bộ năng lượng của photon. Năng 
lượng nầy dùng để : 
Thắng công giữ electron lại nguyên tử 
( công thoát A) 
B. Cung cấp cho electron động năng ban 
đầu W đ 
C. Câu A và B đều sai 
D. Câu A và B đều đúng . 
Câu 10: Chọn câu đúng nhất . Động năng 
ban đầu cực đại của electron quang điện 
có thể tính từ công thức 
 = A + W đ0max 
 = A - W đ0max 
C. W đ0max = e.U hãm 
D. W đ0max = e.V max 
Câu 11: Chọn câu đúng nhất : 
Dựa vào hiện tượng giao thoa , ta nói ánh 
sáng chỉ có tính chất sóng 
B. Dựa vào hiện tượng quang điện , ta nói ánh 
sáng chỉ có tính chất hạt 
C. Ánh sáng có lưỡng tính sóng-hạt và nó 
luôn có bản chất sóng điện từ 
D. Cả A, B, C đều đúng .