Lưỡng tính sóng -- hạt của ánh sáng là gì

1. Thuyết lượng tử :

• Chùm ánh sáng là chùm các photon. Mỗi photon có năng lượng là:                                                  

 c  : Vận tốc ánh sáng              

l  : Bước sóng ánh sáng        

h = 6,62.10 –34 Js : hằng số Planck

• Cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số photon phát ra trong một giây.

                                                                       Iaskt   ~   Ne  

• Nguyên tử, phân tử, electron ... phát hay hấp thụ ánh sáng là phát xạ hay hấp thụ photon.
• Photon chuyển động dọc theo tia sáng với tốc độ c=300 000km/s trong cK.  

2. Công thức Einstein: 

a. Theo Einstein: 

• Hiện tượng quang điện là sự va chạm giữa một photon và một electron kim loại. Khi va chạm nhau,photon nhường năng  lượng  e  cho electron.
• Năng lượng này để:
• Cung cấp công thoát   At  cho electron để nó thắng lực liên kết.
• Cung cấp cho electron động năng ban đầu cực đại   Eđ0 max .

b. Công thức :    

3. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng:

• Ánh sáng nhìn thấy được, tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X đều là sóng điện từ với các bước sóng khác nhau; nghĩa là cùng bản chất điện từ.
• Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính hạt[lượng tử] nghĩa là ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt.
• Những sóng điện từ có bước sóng càng nhỏ thì tính chất hạt càng rõ nét.
• Tác dụng thể hiện tính hạt: Đâm xuyên mạnh, quang điện, phát quang, ion hóa ...
• Những sóng điện từ có bước sóng lớn tính chất sóng càng rõ nét, tính hạt mờ nhạt.
• Tác dụng thể hiện tính chất sóng: Giao thoa, tán sắc, nhiễu xạ ...

4. Các định luật quang điện :

a. Định luật quang điện I: [ định luật về giới hạn  quang điện]

• Đối với mỗi kim loại dùng làm catod  có một bước sóng giới hạn  l0  nhất định gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó. Hiện tượng quang điện  xảy ra khi  bước sóng ánh sáng kích thích nhỏ hơn giới hạn quang điện.

                              l askt          ≤   l0   Π KL[catod]

• Thí dụ:   l0 [Ag] = 260 nm           l0 [Na] = 500 nm                 l0 [Zn] = 350 nm

b. Định luật quang điện II: [định luật về cường độ dòng  quang điện]

• Với ánh sáng kích thích thích hợp thì cường độ dòng quang điện bão hòa  Ibh  tỉ lệ với cường độ chùm ánh sáng kích thích .

                                    l askt  ≤   l0        =>            Ibh   ~    Iaskt   

c. Định luật quang điện III: [định luật về động năng ban đầu cực đại ]

• Động năng ban đầu cực đại của các  electron quang điện không phụ thuộc cường độ chùm ánh sáng kích mà chỉ phụ thuộc bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại làm catod.

                         Eđ0max   Ï    I askt                           

                               Eđ0 max    Î    l askt   và  KL[catod]

5. Giải thích các định luật  quang điện bằng thuyết lượng tử :

a. Giải thích  Định luật  I :

Ta có :

 b. Giải thích định luật II: Gọi  Ne là số electron quang điện. Ne  là số photon

Ibh     ~        Ne     ~     Ne       ~     Iaskt

Vậy :          Ibh     ~    Iaskt

c. Giải thích định luật quang điện III:

Theo công thức Einstein:

Vậy:                      Eđ0 max      Ï    Iaskt

                            Eđ0 max    Î    l askt

                             At              Î   KL[catod]

BÀI TOÁN:

Bài 1. Khi chiếu bức xạ có bước sóng 0,2mm vào một tấm kim loại thì các e quang điện bật ra có vận tốc đầu cực đại là 6,5.105 m/s.Khi chiếu lần lượt vào tấm kim loại đó hai bức xạ 0,1mm và 0,6mm thì có hiện tượng quang điện không? Nếu có, tính vận tốc ban đầu cực đại của các e quang điện?

Bài 2. Cathode của một tế bào quang điện làm bằng Cesi [Cs] có giới hạn quang điện là           l0 = 0,66 mm. Chiếu vào cathode bức xạ màu vàng có bước sóng l = 0,55 mm.

a. Tính năng lượng của photon ánh sáng màu vàng.

b. Tính  vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện?

c. Tính vận tốc của  electron khi đến anode? Biết điện áp giữa anode và cathode là 100V.

Bài 3. Một tế bào quang điện có cathode làm bằng Cési [Cs]. Công thoát của electron khỏi Cs là 1,9 eV. Chiếu vào cathode của tế bào quang điện bức xạ có bước sóng 0,4µm.

a.   Tính giới hạn quang điện của Cs?

b. Tính vận tốc ban đầu max của các e quang điện ?

c. Muốn cho dòng điện trong thí nghiệm trên triệt tiêu hoàn toàn thì hiệu điện thế hãm bằng bao nhiêu ? 

THÔNG TIN: