Hiện tượng quang điện là gì? Hằng số Planck (Plăng), Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein (Anh-xtanh) - Vật lý 12 bài 30

Nội dung bài này giúp các em hiểu khái niệm hiện tượng quan điện (ngoài) là gì? Hằng số Plăng bằng bao nhiêu? Thuyết lượng tử ánh sáng của Anh-xtanh (Thuyết phôtôn) phát biểu như thế nào? được dùng để giải thích vấn đề gì? Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng.

I. Hiện tượng quang điện là gì

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. Hiện tượng quang điện là gì?

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

3. Bức xạ tử ngoại gây ra hiện tượng quang điện ở kẽm

- Nếu chắn chùm sáng hồ quang bằng một tấm thủy tinh dày thì hiện tượng quang điện không xảy ra do thủy tinh hấp thụ mạnh các tia tử ngoại. Điều đó chứng tỏ rằng các bức xạ tử ngoại có khả năng gây ra hiện tượng quang điện ở kẽm, còn ánh sáng nhìn thấy được thì không.

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: λ ≤ λ₀

Bảng giá trị giới hạn quang điện λ₀ của một số kim loại

- Định luật về giới hạn quang điện chỉ có thể giải thích được bằng thuyết lượng tử ánh sáng. Nói cách khác, Thuyết lượng tử ánh sáng được dùng để giải thích định luật giới hạn quang điện.

III. Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein (Anh-xtanh)

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 mà nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf, được ký hiệu bằng chữ ε:

 ε = hf, trong đó:

 f là tần số của ánh sáng đơn sắc

 h là hằng số Plăng và h = 6,625.10^-34(Js).

3. Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein (Thuyết Phôtôn)

- 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:

  hay 

- Từ đó ta có:  với 

 ; với  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.