Trang chủ

Trắc nghiệm

Phụ lục

Lịch sử Vật lí

Bài đọc thêm

 

 

 

 

 

 

Vào cuối thế kỷ XIX, người ta đã khám phá ra một loạt sự kiện thực nghiệm làm lung lai nền tảng của Vật lí học cổ điển và là tiền đề cho sự ra đời của Vật lí học hiện đại mà cơ sở lý thyết là Thuyết tương đối và Thuyết lượng tử. Hiện tượng quang điện là một trong những sự kiện nói trên.

I - THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

 

Mác Plăng (1858 – 1947) nhà vật li Đức, được giải Nô-bel 1918, người đã đặt nền móng cho một trong hai học thuyết vật lí lớn: Thuyết lượng tử.

 Sự sáng tạo của Plăng kì diệu ở ch không những ông nhận ra tính gián đoạn của năng lượng mà còn tìm hiểu được biểu thức của lượng tử năng lượng.

1. Giả thuyết lượng tử của Plăng (Hình động)

Khi nghiên cứu bằng thực nghiệm quang phổ của các nguồn sáng, người ta thu được những kết quả không thể giải thích bằng các lí thuyết cổ điển. Để giải quyết những khó khăn này, Plăng đã cho rằng vấn đề mấu chốt nằm ở quan niệm không đúng về sự trao đổi năng lượng giữa các nguyên tử và phân tử.

Năm 1900, Plăng đề ra giả thuyết sau đây:

Lượng năng lượng mà mi nguyên tử hay phân tử nhận vào hay tỏa ra trong mi lần hấp thụ hay bức xạ ánh sáng có giá trị hoàn toàn xác định, không thể chia nhỏ được và bằng hf; trong đó f là tần số của ánh sáng, còn h là một hằng số.

Giả thuyết Plăng đã được rất nhiều sự kiện thực nghiệm xác nhận là đúng. Nó là tiền đề của một thuyết vật lí mới: Thuyết lượng tử.

        2. Lượng tử năng lượng Lượng năng lượng nói ở trên gọi là lượng tử năng lượng và được kí hiệu bằng chữ ε:

ε = hf          

h gọi là hằng số Plăng và được xác định bằng thực nghiệm : h = 6,625.10-34 Js

Ví dụ : Lượng tử năng lượng ứng với ánh sáng tím (λ = 0,4μm) là ε = 4,965.10-19 J. Đó là một lượng rất nhỏ.

Ta không thể chia nhỏ một lượng tử năng lượng thành những phần nhỏ hơn được.

 

An-be Anh-xtanh (Albert Einstein 1879 – 1955) là nhà vật lí Mĩ, gốc Đức, người đề xướng ra thuyết tương đối và thuyết phôtôn ánh sáng. Giải thưởng Nô-ben 1921 về công trình giải thích các định luật quang điện.

II - THUYẾT PHÔTÔN ÁNH SÁNG

* Năm 1905, dựa vào thuyết lượng tử để giải thích các định luật quang điện, Anh-xtanh đã đề ra thuyết phôtôn. Theo ông:

1. Chùm sáng là một chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn có năng lượng xác định ε = hf (f là tần số của ánh sáng bước sóng đơn sắc tương ứng). Cường đ của chùm ánh sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong một giây.

2. Phân tử, nguyên tử, electron... phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng nghĩa là chúng hấp thụ hay phát xạ phôtôn

3. Các phôtôn chuyển động với vận tốc  c = 3.108 m/s trong chân không

* Năng lượng của mi phôtôn rất nhỏ. Một chùm ánh sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều phôtôn do rất nhiều nguyên tử phát ra. Vì vậy ta thấy chùm sáng như liên tục.

* Một chùm sáng đơn sắc chứa các phôtôn giống nhau (cùng năng lượng). Cường độ chùm sáng tại một điểm tỉ lệ với số phôtôn trong chùm sáng đi qua một diện tích 1m2 đặt tại điểm đó, vuông góc với tia sáng, trong 1 giây.

* Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.

C1. Hãy tính năng lượng của phôtôn ứng với ánh sáng đỏ có bước sóng λ = 0,75μm)?

C2. Trong chùm ánh sáng đỏ có mấy phôtôn?

III - GIẢI THÍCH CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN BẰNG THUYẾT PHÔTÔN

 

 

1.  Công thức Anh-xtanh về hiện tượng quang điện

Anh-xtanh cho rằng hiện tượng quang điện xảy ra do có sự tương tác giữa phôtôn của ánh sáng kích thích với êlectron trong kim loại dn đến sự hấp thụ hoàn toàn phôtôn đó. Phô tôn hấp thụ và truyền toàn bộ năng lượng  của nó cho electron. Năng lượng ε này được dùng để:

+ Cung cấp cho electron một công A, gọi là công thoát để electron thắng được lực liên kết với mạng tinh thể và thoát ra khỏi bề mặt ki, loại.

+ Truyền cho electron đó một động năng ban đầu.

+ Truyền một phần năng lượng cho mạng tinh thể.

Nếu electron nằm ngay tren bề mặt kim loại thì nó có thể thoát ra ngay mà không mất năng lượng truyền cho mạng tinh thẻ. Động năng ban đàu của electron này có giá trị cực đại là:

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có:

Đây là công thức Anh - xtanh về hiện tượng quang điện

 

C3. Giải thích tại sao các electron nằm trong khối kim loại lại có động năng ban đầu nhỏ hơn

2. Giải thích các định luật quang điện

- Định luật thứ nhất:Theo hệ thức Anh - tanh về hiêệntượng quang điẹn thì mỗi phôtôn bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một êlectron. Muốn cho êlectron bứt ra khỏi mặt kim loại phải cung cấp cho nó một công để “thắng” các liên kết với mạng kim loại. Công này gọi là công thoát (A). Như vậy muốn cho hiện tượng quang điện xảy ra thì năng lượng của phôtôn ánh sáng kích thích phải lớn hơn hoặc bằng công thoát :

                      

Từ đó suy ra :

   

Đặt:

             

Ta có :

λ0 : gọi là giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catôt

- Định luật thứ hai: Cường độ của dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với số quang electron bật r khỏi catôt trong một đơn vị thời gian. Với các chùm sáng có khả năng gây ra hiện tượng quang điện, thì số quang electron bị bạt ra khỏi bề mặt catôt trong một đơn vị thời gian lại tỉ lệ thuận với số phôtôn đập vào mặt catôt trong thời gian đó. Số phôtôn này tỉ lệ với cường độ  của chùm sáng tới. Suy ra cường độ của dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng chiếu đến catôt.

 

C4. dùng biểu tcức Einstein về hiện tượng quang điện giải thích định luật quang điện thứ 3

 

Lượng năng lượng mà mi nguyên tử hay phân tử nhận vào hay phát ra trong mi lần hấp thụ hay bức xạ ánh sáng có giá trị hoàn toàn xác định và bằng lượng tử năng lượng hf.
Mi chùm sáng tạo bởi các hạt mang lượng tử năng lượng gọi là phôtôn.
Hiện tượng quang điện xảy ra do có sự hấp thụ phôtôn trong ánh sáng kích thích bởi êlectron trong kim loại.
Hệ thức giữa giới hạn quang điện và công thoát :
Công thức Anh-xtanh về hiện tượng quang điện:
Ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt  

Trang chủ

Trắc nghiệm

Phụ lục

Lịch sử vật lí

Bài đọc thêm