Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Ôn tập: Lượng tử ánh sáng

ên đề 2: Khi chuyển từ trạng thái dừng có mức năng lượng E m sang trạng thái mức năng lượng E n < E m thì nguyên tử phát ra phôtôn có tần số f tính bằng công thức: E m - E n = hf nm với h là hằng số Plăng. 
Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng E n mà hấp thụ được một phôtôn có năng lượng hf đúng bằng hiệu E m - E n , thì nó chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng E m cao hơn. 
     
P 
O 
N 
M 
L 
K 
 Lai-man Ban-me Pa-sen 
 Dãy Liman trong vùng tử ngoại, tạo thành do êléctron chuyển từ quỹ đạo ngoài về quỹ đạo K. Dãy Banme trong vùng áng sáng nhìn thấy (khả kiến) và một phần tử ngoại, tạo thành do êléctron chuyển từ quỹ đạo ngoài về quỹ đạo L; vạch  tạo thành khi êléctron từ quỹ đạo M về L, vạch  tạo thành khi êléctron từ quỹ đạo N về L, vạch  tạo thành khi êléctron từ quỹ đạo O về L, vạch  tạo thành khi êléctron từ quỹ đạo P về quỹ đạo L. Dãy Pasen trong vùng hồng ngoại, tạo thành do êléctron chuyển từ quỹ đạo ngoài về quỹ đạo M. Trong nguyên tử Hyđô bán kính quỹ đạo dừng và năng lượng của êléctrôn trên quỹ đạo đó tính theo công thức : r n = r 0 .n 2 (A 0 ) và E = - E 0 /n 2 (eV) . Trong đó r 0 = 0,53 A 0 và E 0 = 13,6 eV ; n là các số nguyên liên tiếp dương: n = 1, 2, 3, . . . tương ứng với các mức năng lượng. 
13. Ánh sáng có lưỡng tính chất sóng - hạt . 
Tính chất sóng thể hiện rõ với ánh sáng có bước sóng dài, còn tính chất hạt thể hiện rõ với ánh sáng có bước sóng ngắn. 
BÀI TẬP MẪU: 
Bài 1. Chiếu một chùm ánh sáng có bước sóng  = 0,489  m vào một tấm kim loại kali dùng làm catốt của tế bào quang điện . Biết công thoát của kali là 2,15 eV . 
 a/ Tìm giới hạn quang điện của kali . 
 b/ Tìm vận tốc cực đại của êléctrôn quang điện ra khỏi catốt 
 c/ Tìm hiệu điện thế hãm . 
 d/ Biết Ibh = 5 mA . công suất chùm tia chiếu vào katốt là 1,25 W và có 50% chiết vào ca tốt . Tìm hiệu suất lượng tử . 
Ñ 
BÀI TẬP MẪU: 
 Giải : 
 a/ Ta có  0 = hc/A . Thay số :  0 = 0,578  m . 
 b/ Từ công thức Anhxtanh suy ra : v max = = 
 3,7.10 5 m/s 
 c/ eU h = = => U h = = 0,39 V 
d/ Năng lượng mỗi phôtôn là :  = hf = = 4,064.10 -19 J 
 Số phô tôn bật ra trong mỗi giây là : 
 N = P/  = 3,10.10 18 ( hạt ) 
 Cường dộ dòng quang điện bão hoà : I bh = ne với n là số êléctrôn thoát ra khỏi kim loại . Vì ta tính trong một đơn vị thời gian nên : n = I bh /e = 3,12.10 16 (hạt) . 
H = = 10—2 = 1% . 
Ñ 
BÀI TẬP MẪU: 
Bài 2. Khi chiếu vào một tấm kim loại một chùm sáng đơn sắc có bước sóng 0,2  m . Động năng cực đại của các êléctrôn bắn ra khỏi catốt 8.10 -19 J . Hỏi khi chiếu lần lượt vào tấm kim loại đó hai chùm sáng đơn sắc có bước sóng  1 = 1,4  m &  2 = 0,1  m thì có xẩy ra hiện tượng quang điện không ? Nếu xẩy ra thì động năng cực đại của các êléctrôn ra khỏi catốt là bao nhiêu ? 
Ñ 
BÀI TẬP MẪU: 
Giải : 
Theo công thức Anhxtanh => 
 => A = 1,9.10 -19 J 
Giới hạn quang điện của kim loại đó là : 
  0 = 1,04.10 -6 m = 1,04  m 
Muốn hiện tượng quang điện xẩy ra thì bước sóng ánh sáng kích thích thoả mãn điều kiện  <  0 
Với  1 : ta thấy  1 >  nên hiện tượng quang điện không xẩy ra . Với  2 <  0 nên hiện tượng quang điện xẩy ra . 
 Lúc đó : = 1,79.10 -19 J . 
Ñ 
BÀI TẬP MẪU: 
Bài 3. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của ống Rơnghen là 4,8 kV. Hãy tìm: 
 a/ Bước sóng nhỏ nhất của tia rơnghen mà nó phát ra ? 
 b/ Số êléctrôn đập vào đối catốt trong mỗi giây và vận tốc của êléctrôn khi tới catốt biết rằng cường độ dòng điện qua ống là 1,6 mA ? 
Ñ 
BÀI TẬP MẪU: 
Giải : 
 a/ Gọi U là hiệu điện thế giữa catốt và anốt , trước khi đập vào đối catốt êléctrôn thu được động năng Wđ = mv 2 /2 = eU (Theo định lý về động năng) 
Khi đập vào đối catốt một phần động năng chuyển thành năng lượng của phôtôn của tia Rơnghen và một phần chuyển thành nhiệt lượng làm nóng đối catốt . Do đó ta có : 
 => . Do đó bước sóng nhỏ 
nhất của tia Rơnghen phát ra là :  X > = 2,56.10 -10 m . 
b/ Số êléctrôn đập vào đối catốt trong mỗi giây : n = I/e = 10 16 (hạt/s). 
Từ công thức W đ = eU = mv 2 /2 => v = = 4,1.10 7 (m/s) 
Ñ 
BÀI TẬP MẪU: 
Bài 4. Trong nguyên tử Hyđô bán kính quỹ đạo dừng và năng lượng của êléctrôn trên quỹ đạo đó tính theo công thức : r n = r 0 .n 2 (A 0 ) và E = - E 0 /n 2 (eV) . Trong đó r 0 = 0,53 A 0 và E 0 = 13,6 eV ; n là các số nguyên liên tiếp dương : n = 1, 2, 3, . . . tương ứng với các mực năng lượng . 
 a/ Xác định bán kính quỹ đạo thứ 2 , 3 và tìm vận tốc của êléctrôn trên quỹ đạo. 
 b/ Tìm hai bước sóng giới hạn của dẫy banme biết rằng các vạch của quang phổ của dẫy banme ứng với sự chuyển từ trạng thái n > 2 về trạng thái n = 2 . 
 c/ Biết 4 bước sóng của 4 vạch đầu tiên của dẫy banme : đỏ có = 0,6563  m ; Lam có = 4861  m ; Chàm có= 0,4340  m ; Tím có = 0,4102  m Hãy tìm bước sóng 3 vạch đầu tiên của dẫy Pasen thông qua các bước sóng đó . 
Ñ 
BÀI TẬP MẪU: 
 Giải : a/ áp dụng công thức : r n = r 0 .n 2 (A 0 ) => 
 r 2 = 4r 0 = 2,12 A 0 ; r 3 = 9r 0 = 4,76 A 0 . 
Lực tương tác hạt nhân và êléctrôn trong nguyên tử là : 
 F = ke 2 /r 2 với k = 9.10 9 . Vì chuyển động tròn đều nên F là lực hướng tâm : F = ma = mv 2 /r . Suy ra : ke 2 /r 2 = mv 2 /r 
 => v = ; Thay số ta được : 
 v 2 = 1,1.10 3 m/s , v 3 = 0,73.10 6 m/s . 
Ñ 
BÀI TẬP MẪU: 
 Giải : b/ Bước sóng của các vạch trong dẫy banme được tính theo công thức => 
với n = 3 ,4 ,5 . . . 
Hai b/sóng giới hạn của dẫy banme ứng với n = 3 & n =  
Bước sóng thứ nhất : thay n = 3 ta được : hc/  1 = 5E 0 /36 =>  1 = 36hc/E 0 = 0,657.10 -6 m 
Tương tự : hc/  2 = E 0 /4 =>  2 = hc/E 0 = 0,365.10 -6 m . 
Ñ 
BÀI TẬP MẪU: 
c/ Bước sóng của các vạch trong dẫy Pasen ứng với sự chuyển năng lượng từ trạng thái n > 3 về trạng thái n = 3 . Do đó được tính theo công thức : hc/  = E n – E 3 , với n = 4,5,6 . . . 
 Ba vạch đầu ứng với sự chuyển trạng thái n = 4 , 5 , 6 về trạng thái n = 3 . 
Vạch thứ nhất : hc/  1 = E 4 – E 3 = (E 4 – E 2 ) – (E 3 – E 2 ) 
Vạch thứ hai : hc/  2 = E 5 – E 3 = (E 5 – E 2 ) – (E 3 – E 2 ) 
Vạch thứ ba : hc/  3 = E 6 – E 3 = (E 6 – E 2 ) – (E 3 – E 2 ) 
Mà (E 3 – E 2 ) = hc/ ; (E 4 – E 2 ) = hc/ ; 
 (E 5 – E 2 ) = hc/ ; (E 6 – E 2 ) = hc/ 
Do đó : => => = 1,875  m . 
 Tương tự : = 1,282  m . = 1,093  m . 
Ñ 
7.1. Chọn câu Đúng. Nếu chiếu một chùm tia hồng ngoại vào tấm kẽm tích điện âm, thì: A. tấm kẽm mất dần điện tích dương. 		B. Tấm kẽm mất dần điện tích âm.  C. Tấm kẽm trở nên trung hoà về điện. 	D. điện tích âm của tấm kẽm không đổi. 
7-2. Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là 
	a. công thoát của các electron ở bề mặt kim loại đó 
	b. bước sóng ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại 
	c. bước sóng giới hạn của ánh sáng kích thích để gây ra hiện 
 tượng quang điện kim loại đó. 
	d. hiệu điện thế hãm 
Ñ 
Ñ 
7-4. Hiện tượng quang điện ngoài là	a. Hiện tượng electron bị bật ra khỏi kim loại khi chiếu ánh sáng thích hợp vào kim lọai.	b. Hiện tượng electron bị bật ra khỏi kim loại khi nó bị nung nóng 	c. Hiện tượng electron bị bật ra khỏi kim loại khi đặt kim loại vào trong điện trường mạnh	d. Hiện tượng electron bị bật ra khỏi kim loại khi nhúng kim loại vào trong dung dịch 
Ñ 
Ñ 
7-6. Dòng quang điện đạt giá trị bão hòa khi 	a. tất cả các electron bật ra từ catôt khi catôt được chiếu sáng đều đến được anốt	b. tất cả electron bật ra từ catôt khi catôt được chiếu sáng đều quay trở lại catôt.		c. có sự cân bằng giữa số electron bật ra và số electron quay lại.	d. hiệu điện thế giữa anôt và catôt của tế bào quang điện phải lớn hơn hiệu điện thế hãm. . 
 7-10. Theo thuyết phôtôn của Anh-xtanh,  thì năng lượng: 	 a. của mọi loại phôtôn đều như nhau . b. của một phôtôn bằng một  lượng tử năng lượng ε = hf .	c. giảm dần khi phôtôn ra xa nguồn sáng	 d. của phôtôn không phụ thuộc vào bước sóng. 
Ñ 
 7-29. Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng 	a.giảm điện trở của kim loại khi được chiếu sáng 	b. một chất cách điện trở thành dẫn điện khi được chiếu sáng	c.giảm điện trở suất của một chất bán dẫn khi được chiếu sáng. 	d. truyền dẫn ánh sáng theo các sợi quang uốn cong một cách bất kì 
Ñ 
 7-30. Pin quang điện là nguồn điện trong đó a. quang năng được trực tiếp biến đổi thành điện năngb. năng lượng mặt trời được biến đổi toàn bộ thành điện năng .c. một tế bào quang điện điện dùng làm máy phát điện .d. một quang điện trở, khi được chiếu sáng, thì trở thành máy phát điện . . 
Ñ 
 7-35. một chất quang dẫn có giới hạn quang dẫn là 0,62μm. Chiếu vào chất bán dẫn lần lượt các chùm bức xạ đơn sắc có tần số f 1 = 4,5.1014Hz, f 2 = 5.1013Hz,  f 3 = 6,5.1013Hz, f 4 = 6.1014Hz. Thì hiện tượng quang dẫn sẽ xảy ra với  	a. chùm bức xạ có tần số f 2 	b. chùm bức xạ có tần số f 1 	c. chùm bức xạ có tần số f 3 		d. chùm bức xạ có tần số f 4 
Ñ 
 7-37. Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử 	a. không bức xạ và không hấp thụ năng lượng .	 b. không bức xạ nhưng có thể hấp thụ năng lượng 	c. không hấp thụ nhưng bức xạ năng lượng 	d vẫn có thể hấp thụ và bức xạ năng lượng 
Ñ 
 7-41. Dãy Lai man nằm trong vùng  a. tử ngoại 	 b. a/s nhìn thấy 	 c. hồng ngoại	  d. a/s nhìn thấy và một phần trong vùng tử ngoại 
Ñ 
 7-42. Dãy Ban me nằm trong vùng  a. tử ngoại 	 b. a/s nhìn thấy 	 c. hồng ngoại	  d. a/s nhìn thấy và một phần trong vùng tử ngoại 
Ñ 
 7-43.Dãy Pa-sen nằm trong vùng  a. tử ngoại 	 b. a/s nhìn thấy  c. hồng ngoại.	 d. a/s nhìn thấy và một phần trong vùng tử ngoại  
Ñ 
 7-52. Ánh sáng huỳnh quang là ánh sáng phát quang	a. tồn tại một thời gian sau khi tắt ánh sáng kích thích 	b. hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích,	c. có bước sóng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng kích  thích	d. do các tinh thể phát ra, sau khi được kích thích  bằng ánh sáng thích hợp 
Ñ 
 7-53. Ánh sáng lân quang là ánh sáng phát quang	a. hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh kích thích 	b. được phát ra bởi chất rắn, chất lỏng, chất khí .	c. có thể tồn tại khá lâu sau khi tắt ánh sáng  kích thích	d. có bước sóng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng kích thích . 
Ñ