Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài: Thuyết lượng tử và các định luật quang điện - Huỳnh Thị Diệu Quỳnh

Trường THPT Thanh Đa 
Bài giảng : 
Gv : Huỳnh Thị Diệu Quỳnh 
THUYẾT LƯỢNG TỬ VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN 
KIỂM TRA BÀI CŨ 
Câu 1 : Hiện tượng nào dưới đây là hiện tượng quang điện 
A. Êlectron bứt ra khỏi kim loại bị nung nóng 
B. Êlectron bật ra khỏi kim loại khi có ion đập vào 
C. Êlectron bật ra khỏi nguyên tử khi va chạm với một nguyên tử khác 
D. Êlectron bật ra khỏi kim loại khi bị chiếu sáng 
Câu 2 : Lần lượt chiếu hai bức xạ có bước sóng  1 = 0,75  m và  2 = 0,25  m vào một tấm kẽm có giới hạn quang điện  0 = 0,35  m. Bức xạ nào gây ra hiện tượng quang điện ? 
A. Chỉ có bức xạ  1 
B. Không có bức xạ nào trong hai bức xạ trên 
C. Chỉ có bức xạ  2 
D. Cả hai bức xạ 
Câu 3 : Phát biểu nào sau đây là không đúng . Hiệu điện thế hãm phụ thuộc vào : 
A. Bản chất kim loại làm Katot 
B. Bước sóng của chùm ánh sáng kích thích 
C. Tần số của chùm ánh sáng kích thích 
D. Cường độ của chùm ánh sáng kích thích 
Câu 4 : Chọn câu đúng . Cường độ dòng quang điện bão hòa tăng lên hai lần khi : 
A. Bước sóng ánh sáng kích thích tăng lên hai lần 
B. Cường độ chùm ánh sáng kích thích tăng lên hai lần 
C. Hiệu điện thế đặt giữa Anot và Katot tăng lên hai lần 
D. Tần số ánh sáng kích thích tăng lên hai lần 
ĐÁP ÁN 
 Câu 1 : Hiện tượng nào dưới đây là hiện tượng quang điện 
A. Êlectron bứt ra khỏi kim loại bị nung nóng 
B. Êlectron bật ra khỏi kim loại khi có ion đập vào 
C. Êlectron bật ra khỏi nguyên tử khi va chạm với một nguyên tử khác 
D. Êlectron bật ra khỏi kim loại khi bị chiếu sáng 
Câu 2 : Lần lượt chiếu hai bức xạ có bước sóng  1 = 0,75  m và  2 = 0,25  m vào một tấm kẽm có giới hạn quang điện  0 = 0,35  m. Bức xạ nào gây ra hiện tượng quang điện ? 
A. Chỉ có bức xạ  1 
B. Không có bức xạ nào trong hai bức xạ trên 
C. Chỉ có bức xạ  2 
D. Cả hai bức xạ 
Câu 3 : Phát biểu nào sau đây là không đúng . Hiệu điện thế hãm phụ thuộc vào : 
A. Bản chất kim loại làm Katot 
B. Bước sóng của chùm ánh sáng kích thích 
C. Tần số của chùm ánh sáng kích thích 
D. Cường độ của chùm ánh sáng kích thích 
Câu 4 : Chọn câu đúng . Cường độ dòng quang điện bão hòa tăng lên hai lần khi : 
A. Bước sóng ánh sáng kích thích tăng lên hai lần 
B. Cường độ chùm ánh sáng kích thích tăng lên hai lần 
C. Hiệu điện thế đặt giữa Anot và Katot tăng lên hai lần 
D. Tần số ánh sáng kích thích tăng lên hai lần 
NỘI DUNG CHÍNH  
1. CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN 
2. THUYẾT LƯỢNG TỬ 
3. GIẢI THÍCH CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN 
4. LƯỠNG TÍNH SÓNG - HẠT CỦA ÁNH SÁNG 
ĐỀ TÀI TRÌNH BÀY CỦA NHÓM 1 
CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN 
Nêu các kết quả thí nghiệm với tế bào quang điện ? Từ đó phát biểu các định luật 
Kết quả 1 : Đối với mỗi kim loại dùng làm Katot , ánh sáng kích thích phải có bước sóng nhỏ hơn một giới hạn  0 nào đó thì mới gây ra được hiện tượng quang điện 
1.CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN 
 ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN THỨ NHẤT : Đối với mỗi kim loại dùng làm Katốt có một bước sóng giới hạn  0 nhất định gọi là giới hạn quang điện . Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi bước sóng  của ánh sáng kích thích nhỏ hơn giới hạn quang điện  ≤  0 
Kết quả 2: 
I bh tỷ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích 
 ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN THỨ HAI : Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích 
Kết quả 3 : 
Giá trị của hiệu điện thế hãm ứng với mỗi kim loại dùng làm Katot hoàn toàn không phụ thuộc vào cường độ chùm ánh sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của chùm ánh sáng kích thích 
Sự tồn tại của hiệu điện thế hãm U h chứng tỏ điều gì ? 
Sự tồn tại của hiệu điện thế hãm U h chứng tỏ rằng khi bật ra khỏi kim loại , các êlectron quang điện có một vận tốc ban đầu V 0 . Điện trường cản mạnh đến mức độ nào đó thì ngay cả êlectron có vận tốc ban đầu lớn nhất V 0max cũng không bay đến được anốt . Lúc đó dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn và công của điện trường cản có giá trị đúng bằng Động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện 
 ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN THỨ BA 
 Động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện không phụ thuộc vào cường độ chùm ánh sáng kích thích , mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại dùng làm Katốt 
ĐỀ TÀI TRÌNH BÀY CỦA NHÓM 2 
THUYẾT LƯỢNG TỬ 
Các định luật quang điện được giải thích bằng thuyết sóng ánh sáng như thế nào ? 
Vận dụng thuyết sóng ánh sáng chỉ giải thích được định luật quang điện thứ hai 
Các định luật quang điện thứ nhất và thứ ba hoàn toàn mâu thuẫn với tính chất sóng của ánh sáng 
Làm sao để giải thích được các định luật quang điện ? 
M. PLANCK 
(1858-1947) 
Nhà vật lý Đức , đã phát minh ra thuyết lượng tử 
Giải NOBEL 1918 
2. THUYẾT LƯỢNG TỬ 
 Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục , mà thành từng phần riêng biệt , đứt quãng . Mỗi phần đó mang một năng lượng hoàn toàn xác định , có độ lớn là 
 = hf 
 h : hằng số Planck ; h = 6,625.10 -34 ( J.s ) 
f : là tần số của ánh sáng (Hz) 
 : lượng tử năng lượng (J) 
ĐỀ TÀI TRÌNH BÀY CỦA NHÓM 3 
 Giải thích các định luật quang điện bằng thuyết lượng tử 
A . EINSTEIN 
(1879 – 1955) 
Nhà vật lí Mỹ , gốc Đức . Đã giải thích hiện tượng quang điện và phát minh ra thuyết tương đối 
Giải thưởng NOBEL năm 1922 
3. Giải thích các định luật quang điện bằng thuyết lượng tử 
Nhà bác học Einstein là người đầu tiên vận dụng thuyết lượng tử để giải thích các định luật quang điện . Ông coi chùm sáng như một chùm hạt và gọi mỗi hạt là một phôtôn . Mỗi phôtôn ứng với một lượng tử ánh sáng 
Tìm hiểu quan điểm của EINTEIN 
Theo Einstein , trong hiện tượng quang điện có sự hấp thụ hoàn toàn phôtôn chiếu tới . Mỗi phôtôn bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một êlectron . Đối với các êlectron nằm ngay trên bề mặt kim loại thì phần năng lượng này được dùng vào hai việc : 
 Cung cấp cho êlectron một công A để nó thắng được các lực liên kết trong mạng tinh thể và thoát ra ngoài . Công này được gọi là công thoát 
 Cung cấp cho êlectron đó một động năng ban đầu . So với động năng ban đầu mà các êlectron nằm ở lớp các lớp sâu thu được khi bị bứt ra thì động năng ban đầu này là cực đại 
a. Công thức EINSTEIN về hiện tượng quang điện 
Đối với các electron nằm ở lớp bên trong thì sao ? 
 Nếu êlectron nằm ở các lớp sâu bên trong kim loại thì trước khi đến bề mặt kim loại chúng đã va chạm với các ion của kim loại và mất một phần năng lượng . Do đó động năng ban đầu của nó sẽ nhỏ động năng ban đầu cực đại nói trên 
b. Giải thích các định luật quang điện :  Từ Công thức EINSTEIN suy ra 
Ta thấy động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện chỉ phụ thuộc vào bước sóng  ( hay tần số f ) c ủa ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại dùng làm Katốt ( công thoát A) mà không phụ thuộc vào cường độ chùm ánh sáng kích thích Đó chính là nội dung của định luật quang điện thứ ba 
Công thức EINSTEIN còn cho thấy : nếu năng lượng của phôtôn nhỏ hơn công thoát A thì nó không thể làm cho êlectron bật ra khỏi Katốt và hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra 
Ta có : 
hf ≥ A hay hc / ≥ A 
≤ hc / A 
Đặt :  0 : chính là giới hạn quang điện 
 của kim loại 
Ta có : biểu thị cho định luật quang 
 điện thứ nhất 
Giải thích định luật thứ hai 
Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với số êlectron quang điện bị bật ra khỏi Katốt trong một đơn vị thời gian 
S ố êlectron quang điện bị bật ra khỏi Katốt trong một đơn vị thời gian tỉ lệ thuận với số phôtôn đến đập vào mặt Katốt trong thời gian đó 
Số phôtôn này tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích 
Vậy : Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích 
ĐỀ TÀI TRÌNH BÀY CỦA NHÓM 4 
Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng 
Ánh sáng có những tính chất gì ? Hiện tượng nào thể hiện tính chất đó ? 
 Ánh sáng có tính chất sóng – Sóng điện từ - Thể hiện ở hiện tượng giao thoa  
 Ánh sáng có thính chất hạt – Hạt Photon - Thể hiện ở hiện tượng quang điện  
4. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng 
Ánh sáng vừa có tính sóng vừa có tính hạt . Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt 
Những sóng điện từ có bước sóng càng ngắn thì phôtôn ứng với chúng có năng lượng càng lớn . Tính hạt thể hiện đậm nét ( tác dụng quang điện , khả năng đâm xuyên , ), tính sóng càng ít thể hiện 
Những sóng điện từ có bước sóng càng dài thì phôtôn ứng với chúng có năng lượng càng nhỏ , tính hạt càng khó thể hiện , tính sóng càng dễ bộc lộ ( hiện tượng giao thoa , tán sắc ) 
BÀI TẬP CŨNG CỐ 
Katốt của một tế bào quang điện có công thoát bằng 3,55 eV . Người ta lần lượt chiếu vào Katốt này các bức xạ có bước sóng  1 = 0,390  m và  2 = 0,27 m 
1. Với bức xạ nào thì hiện tượng quang điện xảy ra ? 
2. Khi đó tính động năng ban đầu cực đại và vận tốc ban đầu cực đại của các êlectron quang điện 
3. Tính hiệu điện thế hãm cần phải đặt giữa Anốt và Katốt của tế bào quang điện để cho dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn 
Cho e = 1,6.10 -19 (C) ; 1eV = 1,6.10 -19 (J) ; m = 9,1.10 -31 (kg) ; c = 3.10 8 ( m/s ) ; h = 6,625.10 -34 ( J.s ) 
ĐÁP ÁN 
 1. A = 5,68.10 -19 (J) 
 0 = hc /A =0,35m 
 1 >  0 : không có hiện tượng quang điện 
 2 <  0 : hiện tượng quang điện xảy ra 
2. 
 V 0max = 0,6 .10 6 ( m/s ) 
 3. 
 | U h | = 1,05 (V) 
 U h = -1,05(V) 
CŨNG CỐ 
1. Trình bày ba định luật quang điện 
2. Vì sao thuyết sóng ánh sáng không giải thích được các định luật quang điện 
3. Trình bày nội dung sơ lược của thuyết lượng tử 
4. Giải thích định luật quang điện thứ ba 
BÀI HỌC KẾT THÚC 
CHÀO TẠM BIỆT