Định luật giới hạn quang điện, thuyết lượng tử ánh sáng, lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng - Vật lý 12 bài 30

Nội dung bài viết này giúp các em hiểu được hiện tượng quang điện là gì? định luật về giới hạn quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng của Anh-xtanh và cách giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng.

• Giải bài tập Vật lí 12 bài 30: Giải bài tập 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 trang 158 SGK Vật lý 12 bài 30

I. Hiện tượng quang điện

1. Thí nghiệm Hertz về hiện tượng quang điện

- Đặt một tấm kẽm đã được tích điện âm lên trên một điện nghiệm (tấm kẽm nối với điện cực của điện nghiệm) thì thấy hai lá kim loại của điện nghiệm xòe ra.

- Chiếu một chùm ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm thì thấy hai lá kim loại của điện nghiệm cụp lại chứng tỏ tấm kẽm bị mất điện tích âm nghĩa là êlectrôn đã bị bật ra khỏi tấm kẽm.

- Hiện tượng trên không xảy ra nếu: Ban đầu ta tích điện dương cho tấm kẽm hoặc Chắn chùm ánh sáng hồ quang bằng một tấm thủy tinh.

2. Định nghĩa hiện tượng quang điện

- Hiện tượng quang điện là hiện tượng ánh sáng làm bật êlectron ra khỏi mặt kim loại.

II. Định luật về giới hạn quang điện

- Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λ₀ của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện.

III. Thuyết lượng tử ánh sáng

1. Giải thuyết Plăng

- 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 f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra, còn h là một hằng số.

2. Lượng tử năng lượng Plăng

- Là lượng năng lượng một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ được xác định bằng biểu thức: ε = hf

Trong đó:

  ε: lượng tử năng lượng (J)

  h = 6,625.10^-34 J.s: hằng số Plăng

  f: tần số của ánh sáng (Hz)

3. Thuyết lượng tử ánh sáng

Năm 1905, dựa vào giải thuyết Plăng để giải thích các hiện tượng quang điện. Anh-xtanh đã đề ra 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 c = 3.10⁸ m/s dọc theo các tia sáng.

- Mỗi lần một 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:

Với  chính là giới hạn quang điện của kim loại

IV. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng

- Ánh sáng vừa có tính chất sóng (giao thoa, nhiễu xạ) vừa mang tính chất hạt, hai tính chất này cùng tồn tại song song.

Nói cách khác: Ánh sáng có tính chất lưỡng tính sóng - hạt.