* Hiện tượng:Gắn tấm kẽm tích điện âm vào một tĩnh điện kế, kim của tĩnh điện kế lệch đi một góc. Sau đó chiếu ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm, quan sát thấy góc lệch của kim tĩnh điện kế giảm đi sau đó lại tăng (cụp vào rồi xòe ra). Nếu thay tấm kẽm bằng kim loại khác ta thấy hiện tượng tương tự xảy ra. Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài).
* Giải thích:Khi chiếu ánh sáng tử ngoại vào bề mặt tấm kẽm tích điện âm, các electron trong tấm kẽm hấp thụ năng lượng photon tử ngoại và có động năng lớn hơn thắng được lực liên kết giữa các e với các nguyên tử kẽm và bật ra ngoài làm cho điện tích âm giảm dần (kim tĩnh điện kế cụp lại). Vẫn tiếp tục chiếu tia tử ngoại vào tấm kẽm thì đến lượt các electron hóa trị của nguyên tử kẽm (e lớp ngoài cùng) tiếp tục bị bật ra và làm tấm kẽm thiếu e nên bắt đầu tích điện tích dương (kim tĩnh điện kế lại xòe ra). Điện tích dương của tấm kẽm chỉ tăng đến một giá trị xác định rồi không tăng thêm vì khi đó điện tích dương đủ lớn để ngăn cản các electron không bật ra thêm (số e bật ra bằng số e bị hút về, đây gọi là trạng thái cân bằng động).
2. Định luật về giới hạn quang điện: Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắnhơn hay bằng giới hạn quang điện λ0 của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện ( 0).
Giới hạn quang điện (λ0) của mỗi kim loại là đặc trưng riêng của kim loại đó.
3. Thuyết lượng tử ánh sáng.
Giả thuyết lượng tử năng lượng của Max-plank:Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf; trong đó ƒ là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay phát xạ ra, còn h là một hằng số. Lượng tử năng lượng= hƒ trong đó (h = 6,625.10-34Js).
Nội dung của thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein:
a. Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn.
b. Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng h.f.
c. Cường độ chùm sáng tỷ lệ với số photon trong chùm (cường độ sáng càng lớn số photon càng nhiều và ngược lại)
d. Phôtôn là hạt vật chất rất đặc biệt, nó không có kích thước, không có khối lượng nghỉ (m0 = 0), không mang điện tích nhưng nó có năng lượng (tỷ lệ với tần số= hƒ ) có khối lượng tương đối tính m =/c2và có động lượng p (với p = m.c = h/), và nó chỉ tồn tại khi chuyển động với vận tốc ánh sáng (không có photon đứng yên). Electron chỉ hấp thụ hay hay bức xạ 1 photon trong 1 lần và khi đã hấp thụ thì sẽ hấp thụ toàn bộ năng lượng của photon (không có sự hấp thụ nửa vời). Nếu không bị hấp thụ bởi môi trường thì đặc tính của photon (năng lượng, vận tốc, tần số) không thay đổi tức là không phụ thuộc vào khoảng cách mà nó lan truyền.
4. Ánh sáng có lưỡng tính sóng-hạt:Các hiện tượng quang học chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng như giao thoa sóng; khúc xạ, nhiễu xạ, phản xạ… cũng có nhiều hiện tượng quang học khác chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt như hiện tượng quang điện, phát quang, quang dẫn, quang hóa, đâm xuyên.... Điều đó cho thấy ánhsáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạtánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt.
5. Hiện tượng quang điện trong:Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectrôn liên kết để chúng trở thành các êlectrôn dẫn đồng thời giải phóng các lỗ trống tự do gọi là hiện tượng quang điện trong. Hiện tượng quangđiện trong cũng là sự giải phóng e (giống quang điện ngoài) nhưng cần ít năng lượng hơn từ đó ta 0 trong> λ0 ngoàivà f0 trong< f0 ngoài. (λ0và f0là các giá trị giới hạn xảy ra hiện tượng quang điện).
6. Quang điện trở, pin quang điện:
Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn (chất bán dẫn, chất khí…). Điện trở của nó có thể thay đổi từ vài mêgaôm (106) khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục ôm khi được chiếu sáng. Pin quang điện (còn gọi là pin Mặt Trời) là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn.
II) Công thức vận dụng:
1. Lượng tử ánh sáng:= h.ƒ = h.c
*: Lượng tử ánh sáng hay năng lượng 1 photon (jun).
* f: tần số của bức xạ (Hz).
*: bước sóng của bức xạ chiếu tới (m).
* c = 3.108m/s: vận tốc ánh sáng trong chân không.
* h = 6.625.10-34(J.s): hằng số Max Planck; 1eV = 1,6.10-19J; 1MeV = 106eV = 1,6.10-13J
2. Hệ thức Einstein: hc pc A mv A eUh A eVh f
h
. .
2 . 1
. . 02
* A: Công thoát của electron ra khỏi bề mặt kim loại.
* v0max: Vận tốc ban đầu cực đại của quang electroncác electron quang điện có vận tốc vv0max
* Uh: Hiệu điện thế hãm.
* e: Là điện tích nguyên tố (điện tích electron), e = 1,6.10-19(C); me= 9,1.10-31kg
* Vh: Điện thế hãm cực đại của vật cô lập tích điện:
* p: Là động lượng của hạt photon, p = h/
3. Giới hạn quang điện:0= h.c A
4. Công suất của nguồn sáng: P = n. n= P
với n: số phôtôn ứng với bức xạphát ra 1s 5. Cường độ dòng điện bão hoà: Ibh= ne.|e|ne= Ibh
|e|Với ne: số electron bức ra trong 1s 6. Hiệu suất lượng tử:
e P
c h I e P
f h I e P H I n
H ne bh bh bh
.
. . .
. . .
.
7. Hiệu điện thế hãm: 02max 2 .U 1mv e h Các lưu ý:
* Trong hiện tượng quang điện khi ta tăng cường độ chùm sáng tới mà không làm thay đổi bước sóng tới thì số lượng photon tới sẽ tăng nên số lượng electron quang điện được giải phóng sẽ tăng tức là cường độ dòng quang điện sẽ tăng nhưng năng lượng photon, vận tốc cực đại của electron, điện thế và hiệu điện thế hãm sẽ không thay đổi.
* Giá trị đại số của Uh< 0. Trong một số bài toán hay biểu thức người ta lấy Uh> 0 thì đó được hiểu là độ lớn.
* Hiện tượng quang điện xảy ra khi được chiếu đồng thời nhiều bức xạ thì khi tính các đại lượng: Vận tốc ban đầu cực đại v0max, hiệu điện thế hãm Uh, điện thế cực đại Vmax,… đều được tính ứng với bức xạ cómin
(hoặc fmax)
* Đối với một hợp kim thì giới hạn quang điện λ0của hợp kim là giới hạn quang điện của kim loại thành phần cú λ0lớn nhất.(VD.Hợp kim của đồng- bạc-kẽm cú giới hạn quang điện λ0= 0,35àm)
8. Bức xạ có bước sóng ngắn nhất và tần số lớn nhất mà nguyên tử có thể phát ra là min và fmax thì năng lượngcần thiết để ion hóa nguyên tử đó là:= hfmax= h.c
min
9. Định lý động năng trong hiện tượng quang điện – điều kiện để electron không đến được Anốt:
a.Xét vật cô lập về điện, có điện thế cực đại VMaxvà khoảng cách cực đại dMaxmà electron chuyển động trong điện trường cản có cường độ E được tính theo công thức: . 02max . . max
2
1mv e Ed V
e Max
b.Động năng electron trước khi va đập vào Anot: Wđ= 2
2 e ev
m =eUh UAK
hãm AK
đ
AK đ
AK đ
U U
khi W
U khi W
U khi W
0
0 0
Với UAK- |Uhãm| là điều kiện để electron không đến được anốt
10. Lực Lorenxơ tác dụng lên 1 điện tích q có khối lượng mq chuyển động trong từ trường đều B
là: ƒ =
|q|.B.v.sin. Trong đó là góc tạo bởi v và B
. Chuyển động của q trong B
là chuyển động tròn xoáy đềucó bán kính R với florenxơlà lực hướng tâm và florenxo= |q|.B.v.sin=
R v mq q2
R =
sin . . .
2
B v q
v mq q
Thường ta xét e chuyển động trong từ trường với vBkhi đó sin= 1 và R = B v e
v me e
. .
2
; ƒlorenxo= |e|.B.v.
11.Bảng giới hạn quang điện của một số kim loại.
Chất 0(àm) Chất 0(àm)
Bạc 0,26 Canxi 0,75
Đồng 0,30 Natri 0,5
Kẽm 0,35 Kali 0,55
Nhôm 0,36 Xesi 0,66
CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM
Câu 211. Hiện tượng nào sau 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 bị bật ra khỏi kim loại khi kim loại có điện thế lớn.
D.Êlectron bật ra khỏi mặt kim loại khi chiếu tia tử ngoại vào kim loại
Cõu 212. Biết giới hạn quang điện của Natri là 0,45àm. Chiếu một chựm tia tử ngoại vào tấm Na tớch điện âm đặt trong chân không thì:
A.Điện tích âm của tấm Na mất đi. B.Tấm Na sẽ trung hoà về điện.
C.Điện tích của tấm Na không đổi. D.Tấm Na tích điện dương.
Câu 213. Khi chiếu liên tục 1 tia tử ngoại vào tấm kẽm tích điện âm gắn trên một điện nghiệm thì 2 lá của điện nghiệm sẽ:
A.Xòe thêm ra. B.Cụp bớt lại. C.Xòe thêm rồi cụp lại. D.Cụp lại rồi xòe ra.
Câu 214. Chọn câu đúng.
A.Khi chiếu ánh sáng đơn sắc vào bề mặt một tấm kim loại thì nó làm cho các electron quang điện bật ra.
B.Hiện tượng xảy ra khi chiếu ánh sáng đơn sắc vào bề mặt tấm kim loại gọi là hiện tượng quang điện.
C.Ở bên trong tế bào quang điện, dòng quang điện cùng chiều với điện trường.
D.Ở bên trong tế bào quang điện, dòng quang điện ngược chiều với điện trường.
Câu 215. Hiện tượng nào sau đây sẽ xảy ra khi lin tục chiếu chùm tia tử ngoại vào tấm kẽm cô lập tích điện âm.
A.Tấm kẽm mất dần êlectron và trở nên trung hoà điện.
B.Tấm kẽm mất dần điện tích âm và trở thành mang điện dương.
C.Tấm kẽm vẫn tích điện tích âm như cũ.
D.Tấm kẽm tích điện âm nhiều hơn.
Cõu 216. Biết giới hạn quang điện của kẽm là 0,35àm. Chiếu một chựm tia hồng ngoại vào lỏ kẽm tớch điện âm thì:
A.Điện tích âm của lá kẽm mất đi. B.Tấm kẽm sẽ trung hoà về điện.
C.Điện tích của tấm kẽm không đổi. D.Tấm kẽm tích điện dương.
Câu 217. Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc vào một tấm kim loại chưa tích điện, được đặt cô lập với các vật khác. Nếu hiện tượng quang điện xảy ra thì:
A.Sau một khoảng thời gian, các êlectron tự do của tấm kim loại bị bật hết ra ngoài.
B.Các êlectron tự do của tấm kim loại bị bật ra ngoài nhưng sau một khoảng thời gian, toàn bộ các êlectron đó quay trở lại làm cho tấm kim loại vẫn trung hòa điện.
C.Sau một khoảng thời gian, tấm kim loại đạt đến trạng thái cân bằng động và tích một lượng điện âm xác định.
D.Sau một khoảng thời gian, tấm kim loại đạt được một điện thế cực đại và tích một lượng điện dương xác định.
Cõu 218. Chiếu ỏnh sỏng cú bước súng 0,50àm vào 4 tế bào quang điện cú catod lần lượt bằng canxi, natri, kali và xêsi. Hiện tượng quang điện sẽ xảy ra ở:
A.một tế bào B.hai tế bào C.ba tế bào D.cả bốn tế bào
Câu 219. Trong trường hợp nào sau đây có thể xảy ra hiện tượng quang điện khi chiếu tia tử ngoại.
A.Tấm kẽm đặt chìm trong nước. B.Chất diệp lục của lá cây.
C.Hợp kim kẽm – đồng D.Tấm kẽm có phủ nước sơn.
Câu 220. Chọn câusaitrong các câu sau:
A.Hiện tượng quang điện chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt.
B.Hiện tượng giao thoa chứng minh ánh sáng chỉ có tính sóng.
C.Khi bước sóng càng dài thì năng lượng photon ứng với chúng có năng lượng càng lớn.
D.Tia hồng ngoại, tia tử ngoại có tính chất hạt.
Câu 221. Giới hạn quang điện của một hợp kim gồm bạc, đồng và kẽm sẽ là:
A.0,26 àm B.0,30àm C.0,35àm D.0,40àm
Câu 222. Chiếu ánh sáng đơn sắc vào mặt một tấm vật liệu thì thấy có electron bật ra. tấm vật liệu đó chắc chắn phải là:
A.Kim loại sắt B.Kim loại kiềm C.Chất cách điện D.Chất hữu cơ.
Câu 223. Hiện tượng quang điện là:
A.Hiện tượng electron bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó.
B.Hiện tượng electron bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại khi tấm kim loại bị nung đến nhiệt độ cao.
C. Hiện tượng electron bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại khi tấm kim loại bị nhiễm điện do tiếp xúc với một vật đã bị nhiễm điện khác.
D.Hiện tượng electron bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại do bất kỳ nguyên nhân nào khác.
Câu 224. Người ta không thấy có electron bật ra khỏi mặt kim loại chiếu chùm ánh sáng đơn sắc vào nó. Đó là vì:
A.Chùm ánh sáng có cường độ quá nhỏ.
B.Kim loại hấp thụ quá ít ánh sáng đó.
C.Công thoát của electron nhỏ so với năng lượng của photon.
D.Bước sóng của ánh sáng lớn hơn so với giới hạn quang điện.
Câu 225. Phát biểu nào sau đây làsai?
A.Giả thuyết sóng ánh sáng không giải thích được hiện tượng quang điện.
B.Trong cùng môi trường ánh sáng truyền với vận tốc bằng vân tốc của sóng điện từ.
C.Ánh sáng có tính chất hạt, mỗi hạt ánh sáng được gọi là một phô tôn.
D.Thuyết lượng tử ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có bản chất sóng.
Câu 226. Chọn câusai.
A.Các định luật quang điện hoàn toàn phù hợp với tính chất sóng của ánh sáng.
B.Thuyết lượng tử do Planck đề xướng.
C.Anhxtanh cho rằng ánh sáng gồm những hạt riêng biệt gọi là photon.
D.Mỗi photon bị hấp thụ sẽ truyền hoàn toàn năng lượng của nó cho một electron.
Câu 227. Giới hạn quang điện0của natri lớn hơn giới hạn quang điện của đồng vì:
A.Natri dễ hấp thu phôtôn hơn đồng.
B.Phôtôn dễ xâm nhập vào natri hơn vào đồng.
C. Để tách một êlectron ra khỏi bề mặt tấm kim loại làm bằng natri thì cần ít năng lượng hơn khi tấm kim loại làm bằng đồng.
D.Các êlectron trong miếng đồng tương tác với phô tôn yếu hơn là các êlectron trong miếng natri.
Câu 228. Chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc vào một tấm kẽm. Hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu ánh sáng có bước sóng:
A.0,1 àm B.0,2àm C.0,3àm D.0,4àm
Câu 229. Chọn câusai. Các hiện tượng liên quan đến tính chất lượng tử của ánh sáng là:
A.Hiện tượng quang điện. B.Sự phát quang của các chất.
C.Hiện tượng tán sắc ánh sáng. D.Tính đâm xuyên.
Câu 230. Theo thuyết lượng tử ánh sáng thì kết luận nào sau đây làsai?
A.Nguyên tử hay phân tử vật chất hấp thu hay bức xạ ánh sáng thành từng lượng gián đoạn.
B.Mỗi phôtôn mang một năng lượng= hf.
C.Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn trong chùm.
D.Khi ánh sáng truyền đi, các phôtôn bị thay đổi độ tương tác với môi trường.
Câu 231. Trong hiện tượng quang điện ngoài, vận tốc ban đầu của êlectron quang điện bật ra khỏi kim loại có giá trị lớn nhất ứng với êlectron hấp thu:
A.Toàn bộ năng lượng của phôtôn. B.Nhiều phôtôn nhất.
C.Được phôtôn có năng lượng lớn nhất. D.Phôtôn ngay ở bềmặt kim loại.
Câu 232. Chọn câu đúng. Electron quang điện có động năng ban đầu cực đại khi:
A.Photon ánh sáng tới có năng lượng lớn nhất. B.Công thoát của electron có năng lượng nhỏ nhất.
C.Năng lượng mà electron thu được là lớn nhất. D.Năng lượng mà electron bị mất đi là nhỏ nhất.
Câu 233. Chọn các cụm từ thích hợp để điền vào chỗ trống cho hợp nghĩa: “Theo thuyết lượng tử: Những nguyên tử hay phân tử vật chất ……… ánh sáng một cách ……… mà thành từng phần riêng biệt mang năng lượng hoàn toàn xác định ………ánh sáng”.
A.Không hấp thụ hay bức xạ, liên tục, tỉ lệ thuận với bước sóng.
B.Hấp thụ hay bức xạ, liên tục, tỉ lệ thuận với tần số.
C.Hấp thụ hay bức xạ, không liên tục, tỉ lệ nghịch với bước sóng.
D.Không hấp thụ hay bức xạ, liên tục, tỉ lệ nghịch với tần số.
Câu 234. Xét các hiện tượng sau của ánh sáng:
1 - Phản xạ 2 - Khúc xạ 3 - Giao thoa 4 - Tán sắc
5 - Quang điện 6 - Quang dẫn.
Bản chất sóng của ánh sáng có thể giải thích được các hiện tượng
A.1, 2, 5 B.3, 4, 5, 6 C.1, 2, 3, 4 D.5, 6
Câu 235. Phát biểu nào sau đây làsaikhi nói về lượng tử ánh sáng?
A. Những nguyên nhân tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà theo từng phần riêng biệt, đứt quãng.
B.Chùm ánh sáng là dòng hạt, mỗi hạt gọi là một photon.
C.Năng lượng của các photon ánh sáng là như nhau, không phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng.
D.Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử ánh sáng không bị thay đổi, không phụ thuộc khoảng cách tới nguồn sáng.
Câu 236. Chọn câusai.
A.Phôtôn có năng lượng. B.Phôtôn có động lượng.
C.Phôtôn mang điện tích +1e. D.Phôtôn chuyển động với vận tốc ánh sáng.
Câu 237. Chọn câusai.
A.Photon có năng lượng. B.Photon có động lượng.
C.Photon có khối lượng. D.Photon không có điện tích.
Câu 238. Theo thuyết lượng từ ánh sáng thì năng lượng của:
A.Một phôtôn bằng năng lượng nghỉ của một êlectrôn (êlectron).
B.Một phôtôn phụ thuộc vào khoảng cách từ phôtôn đó tới nguồn phát ra nó.
C.Các phôtôn trong chùm sáng đơn sắc bằng nhau
D.Một phôtôn tỉ lệ thuận với bước sóng ánh sáng tương ứng với phôtôn đó.
Câu 239. Lượng tử năng lượng là lượng năng lượng:
A.Nhỏ nhất mà một nguyên tử có được.
B.Nhỏ nhất không thể phân chia được nữa.
C.Của một hạt ánh sáng mà nguyên tử hay phân tử vật chất trao đổi với một chùm bức xạ.
D.Của một chùm bức xạ khi chiếu đến bề mặt một tấm kim loại.
Câu 240. Câu nào diễn đạt nội dung của thuyết lượng tử?
A.Mỗi nguyên tử hay phân tử chỉ bức xạ năng lượng một lần.
B.Vật chất có cấu tạo rời rạc bời các nguyên tử và phân tử.
C.Mỗi nguyên tử hay phân tử chỉ bức xạ được một loại lượng tử.
D. Mỗi lần nguyên tử hay phân tử bức xạ hay hấp thụ năng lượng thì nó phát ra hay thu vào một lượng tử năng lượng.
Câu 241. Trong hiện tượng quang điện, động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện A.Nhỏ hơn năng lượng của phôtôn chiếu tới B.Lớn hơn năng lượng của phôtôn chiếu tới C.Bằng năng lượng của phôtôn chiếu tới D.Tỉ lệ với cường độ chùm sáng chiếu tới.
Câu 242. Trong thí nghiệm về hiện tượng quang điện, vận tốc ban đầu của electron quang điện bị bứt ra khỏi bề mặt kim loại:
A.Có giá trị từ 0 đến một giá trị cực đại xác định.
B.Có hướng luôn vuông góc với bề mặt kim loại.
C.Có giá trị không phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng chiếu vào kim loại đó.
D.Có giá trị phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng chiếu vào kim loại đó.
Câu 243. Một quả cầu kim loại cô lập, sau khi được chiếu liên tục bởi một nguồn sáng đơn sắc có công suất P và bước sóng(với cả P vàđều có thể điều chỉnh được) thì sau đúng thời gian t(s) quả cầu đạt điện thế cực đại và có điện tích là Q(C). Hỏi để làm tăng điện tích của quả thì nên dùng cách nào sau đây?
A.Tăng P B.Tăng C.Tăng cả P và D.Giảm.
Câu 244. Trong một thí nghiệm, hiện tượng quang điện xảy ra khi chiếu chùm sáng đơn sắc tới bề mặt tấm kim loại. Nếu giữ nguyên bước sóng ánh sáng kích thích mà tăng cường độ của chùm sáng thì:
A.Số êlectron bật ra khỏi tấm kim loại trong một giây tăng lên.
B.Động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện tăng lên.
C.Giới hạn quang điện của kim loại bị giảm xuống.
D.Vận tốc ban đầu cực đại của các êlectron quang điện tăng lên.
Câu 245. Chọn câu trả là đúng: