Giáo Dục

Giải vật lí 12 bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng


Hướng dẫn giải bài tập, bài thực hành trong bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng – sách giáo khoa vật lí 12. Tất cả các kiến thức lý thuyết và bài tập trong bài học này đều được giải đáp cẩn thận, chi tiết. Chúng ta tham khảo để học tốt vật lí 12 bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng nhé.

Câu trả lời:

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I. Hiện tượng quang điện

1. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện

  • Gắn một tấm kẽm tích điện âm vào cần của một tĩnh điện kế. Chiếu một chùm sáng do hồ quang phát ra vào tấm kim loại kẽm thì góc lệch của kim điện kế giảm đi.
  • Thay kẽm bằng kim loại khác, ta cũng thấy hiện tượng tương tự xảy ra.
  • Các thí nghiệm cho thấy, ánh sáng hồ quang đã làm bật electron ra khỏi mặt tấm kim loại

2. Định nghĩa

  • Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài.

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 của kim loại đó mới gây ra được hiện tượng quang điện.

λ ≤ λ0

III. Thuyết lượng tử ánh sáng

1. Giả thuyết Plăng

Lượng năng lượng mà mỗi lần nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf; trong đó f là tần số của của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra; còn h là một hằng số.

2. Lượng tử năng lượng

  • Lượng năng lượng gọi là lượng tử năng lượng được kí hiệu bằng chữ ε:

ε = hf

  •  Trong đó: h là hằng số Plăng được xác định bằng thực nghiệm: h = 6,625.10-34J.s.

3. Thuyết lượng tử ánh sáng

  • Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn.
  • Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf.
  • Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ  dọc theo các tia sáng.
  • Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn.
  • Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.

4. Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng

  • Trong hiện tượng quang điện mỗi phôtôn bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng cho một electron. Để bứt được electron ra khỏi bề mặt kim loại thì năng lượng của phôtôn phải lớn hơn công thoát A:

hf ≥ A hay $frac{hc}{lambda }$≥ A

Từ đó ta có: λ ≤$frac{hc}{A}$

với A =$frac{hc}{lambda _{0}}$

λ ≤ λ0

với λ0 là giới hạn quang điện của kim loại.

IV. Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng

  • Ánh sáng vừa có tính chất sóng lại vừa có tính chất hạt nên ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt.
  • Ánh sáng có bản chất điện từ.

II. GIẢI BÀI TẬP

Hướng dẫn trả lời câu hỏi giữa bài

Giải câu 1: Nếu làm thí nghiệm với tấm kẽm…

Nếu làm thí nghiệm với tấm kẽm tích điện dương thì góc lệch của kim tĩnh điện kế sẽ không bị thay đổi khi chiếu vào tấm kẽm bằng ánh sáng hồ quang. Tại sao?

Bài giải:

Nếu làm thí nghiệm với tấm kẽm tích điện dương thì góc lệch của kim tĩnh điện kế sẽ không bị thay đổi khi chiếu vào tấm kẽm bằng ánh sáng hồ quang vì: khi electron bức ra khỏi tấm kim loại kẽm sẽ bị điện tích dương hút lại, do đó điện tích trên tấm kẽm không thay đổi, nên góc lệch của kim điện kế không đổi.

Giải câu 2: Nêu sự khác biệt giữa giả thuyết Plăng…

Nêu sự khác biệt giữa giả thuyết Plăng với quan niệm thông thường về sự phát xạ và hấp thụ năng lượng.

Bài giải:

Theo quan niệm thông thường: năng lượng được hấp thụ và bức xạ liên tục. Sự phát xạ và hấp thụ năng lượng trao đổi có thể nhỏ bao nhiêu cũng được.

Còn theo giả thuyết của Plang: Năng lượng mà một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị xác định bằng hf. Lượng năng lượng trao đổi phải là một bội số của hf.

Hướng dẫn trả lời câu hỏi cuối bài

Giải câu 1: Trình bày thí nghiệm Héc về hiện tượng…

Trình bày thí nghiệm Héc về hiện tượng quang điện.

Bài giải:

  • Gắn một tấm kẽm tích điện âm vào cần của một tĩnh điện kế. Chiếu một chùm sáng do hồ quang phát ra vào tấm kim loại kẽm thì góc lệch của kim điện kế giảm đi.
  • Thay kẽm bằng kim loại khác, ta cũng thấy hiện tượng tương tự xảy ra.
  • Các thí nghiệm cho thấy, ánh sáng hồ quang đã làm bật electron ra khỏi mặt tấm kim loại.

Giải câu 2: Hiện tượng quang điện là gì?…

Hiện tượng quang điện là gì?

Bài giải:

Hiện tượng quang điện ngoài là hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại.

Giải câu 3: Phát biểu định luật về giới hạn quang điện…

Phát biểu định luật về giới hạn quang điện.

Bài giải:

 Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng  ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện của kim loại đó mới gây ra được hiện tượng quang điện.

λ ≤ λ0

Giải câu 4: Phát biểu nội dung của giả thuyết Plăng…

Phát biểu nội dung của giả thuyết Plăng.

Bài giải:

Lượng năng lượng mà mỗi lần nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf; trong đó f là tần số của của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra; còn h là một hằng số.

Giải câu 5: Lượng tử năng lượng là gì…

Lượng tử năng lượng là gì?

Bài giải:

  • Lượng năng lượng mà mỗi lần nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf; trong đó f là tần số của của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra; còn h là một hằng số.
  • Lượng năng lượng gọi là lượng tử năng lượng được kí hiệu bằng chữ ε:ε = hf
  •  Trong đó: h là hằng số Plăng được xác định bằng thực nghiệm: h = 6,625.10-34J.s.

Giải câu 6: Phát biểu nội dung của thuyết lượng…

Phát biểu nội dung của thuyết lượng tử ánh sáng.

Bài giải:

  • Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn.
  • Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf.
  • Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ  dọc theo các tia sáng.
  • Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn.
  • Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.

Giải câu 7: Photon là gì…

Photon là gì?

Bài giải:

  • Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn.

Giải câu 8: Giải thích định luật về giới hạn quang…

Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết photon.

Bài giải:

Trong hiện tượng quang điện mỗi phôtôn bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng cho một electron. Để bứt được electron ra khỏi bề mặt kim loại thì năng lượng của phôtôn phải lớn hơn công thoát A.

hf ≥ A hay $frac{hc}{lambda }$≥ A =>  λ ≤$frac{hc}{A}$

với A =$frac{hc}{lambda _{0}}$

λ ≤ λ0

với λ0 là giới hạn quang điện của kim loại.

Giải câu 9: Hiện tượng nào dưới đây là hiện tượng…

Hiện tượng nào dưới đây là hiện tượng quang điện?

A. electron bứt ra khỏi kim loại bị nung nóng.

B. electron bật ra khỏi kim loại khi có ion đập vào.

C. electron bị bật ra khỏi một nguyên tử khi va chạm với một nguyên tử khác.

D. electron bị bật khỏi mặt kim loại khi bị chiếu sáng.

Bài giải:

Chọn D vì hiện tượng quang điện hay còn gọi là hiện tượng quang điện ngoài hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại.

Giải câu 10: Chọn câu đúng….

Chọn câu đúng.

Chiếu một ánh sáng đơn sắc vào mặt một tấm đồng. Hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu ánh sáng có bước sóng

A. 0,1 μm.

B. 0,2 μm.

C. 0,3 μm.

D. 0,4 μm.

Bài giải:

Dựa vào bảng 30.1 ta xác định được bước sóng của đồng bằng 0,3μm.

Khi chiếu một ánh sáng đơn sắc vào một tấm đồng thì bước sóng của đồng chính là giới hạn quang điện ⇒ λ0 = 0,3μm.

Theo 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 của kim loại đó mới gây ra được hiện tượng quang điện.

λ ≤ λ0

Nhìn vào đáp án ta thấy 0,1μm; 0,2μm ; 0,3μm đều thỏa mãn.

0,4 μm không thỏa mãn vì 0,4μm > 0,3μm.

Chọn D.

Giải câu 11: Ánh sáng có bước sóng 0,60μm c…

Ánh sáng có bước sóng 0,60μm có thể gây ra hiện tượng quang điện ở chất nào dưới đây?

A. Xesi.

B. Kali.

C. Natri.

D. Canxi.

Bài giải:

Ánh sáng có bước sóng 0,6 μm có thể gây ra hiện tượng quang điện. Ở đây ánh sáng này là ánh sáng kích thích λ = 0,6μm. Ta phải đi tìm giới hạn quang điện λ0.

Tra bảng 30.1 ta có λxesi = 0,66 μm;λkali = 0,55 μm;λnatri = 0,5 μm;λcanxi = 0,45 μm.

Theo 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 của kim loại đó mới gây ra được hiện tượng quang điện.

λ ≤ λ0

Nhìn vào đáp án ta thấy 0,55 μm; 0,5 μm ; 0,45 μm đều không thỏa mãn.

Chỉ có λxesi = 0,66μm thỏa mãn.

Chọn A. 

Giải câu 12: Tính lượng tử năng lượng của ánh sáng…

Tính lượng tử năng lượng của ánh sáng đỏ ( 0,75 μm ) và vàng ( 0,55 μm ).

Bài giải:

Để tính lượng tử ánh sáng ta sử dụng công thức:

ε = hf với f =$frac{c}{lambda }$ ⇒ ε=$frac{hc}{lambda }$(1)

với h = 6,625.10-34J.s, c = 3.108 m/s.

Chú ý bước sóng phải đổi đơn vị về m.

Thay λđỏ = 0,75μm = 0,75.10-6m; λvàng = 0,55μm = 0,55.10-6m vào (1) ta có:

Lượng tử năng lượng của ánh sáng đỏ là:

$varepsilon _{đỏ} = frac{hc}{lambda _{đỏ}}$=$frac{6,625.10^{-34}.3.10^{8}}{0,75.10^{-6}}=2,65.10^{-19}J$

Lượng tử năng lượng của ánh sáng vàng

$varepsilon _{vàng} = frac{hc}{lambda _{vàng}}$=$frac{6,625.10^{-34}.3.10^{8}}{0,55.10^{-6}}=3,61.10^{-19}J$

Giải câu 13: Giới hạn quang điện của kẽm là…

Giới hạn quang điện của kẽm là 0,35 μm. Tính công thoát của electron khỏi kẽm theo đơn vị jun và eV.

Cho 1 eV = 1,6.10-19J.

Bài giải:

Công thoát của electron khỏi kẽm kí hiệu là A

Mà A =$frac{hc}{lambda _{0}}$

Chú ý λ0 đổi về đơn vị m. λ0 = 0,35μm = 0,35.10-6m

A =$ frac{6,625.10^{-34}.3.10^{8}}{0,35.10^{-6}}=5,68.10^{-19}J$

Ta có: 1 eV = 1,6.10-19J.

$5,68.10^{-19}J$=$frac{5,68.10^{-19}}{1,6.10^{-19}}$=3,55 eV.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button
You cannot copy content of this page