Bài 30. Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

Trong chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu các hiện tượng không thể giải thích được bằng tính chất sóng của ánh sáng.
Những hiện tượng này chỉ có thể giải thích được bằng một thuyết mới: thuyết lượng tử.
Sự ra đời của thuyết lượng tử đã làm cho sự hiểu biết của chúng ta về ánh sáng nói riêng, về thế giới vi mô nói chung thêm sâu sắc.

Created by Ngô Đức Thắng
Chương VIII
Lượng tử ánh sáng
Tiết 72 Hiện tượng quang điện

1. Thí nghiệm Hecxơ
2. Thí nghiệm với tế bào quang điện
?Trọng tâm kiến thức bài học
?Luyện tập

1.
1887 - Chiếu chùm ánh sáng do hồ quang
phát ra vào tấm kẽm tích điện âm, gắn trên
một điện nghiệm (Xem mô phỏng)
- Kết quả : Hai lá kẽm của điện
nghiệm cụp lại
- Nhận xét : Tấm kẽm đã mất điện
tích âm
- Hiện tượng xảy ra tương tự nếu thay
tấm kẽm bằng các tấm Đồng, Nhôm, Bạc.....
Trường hợp tấm kẽm tích điện dương (Mô phỏng)
Không quan sát hiện tượng gì xảy ra
Dùng tấm thuỷ tinh không màu chắn chùm tia hồ quang
(Mô phỏng) thì hiện tượng trên không xảy ra !
Nhiều thí nghiệm tương tự đưa đến Kết luận :

Thí nghiệm Hecxơ
Khi chiếu một chùm ánh sáng thích hợp ( có bước sóng ngắn) vào mặt một tấm kim loại thì nó làm cho các êlectrôn ở mặt kim loại đó bị bật ra.
Đó là hiện tượng quang điện

Các êlectrôn bị bật ra gọi là các electrôn quang điện
?Thực ra khi chiếu ánh sáng tử ngoại vào tấm kẽm tích điện dương thì vẫn có êlectrôn bật ra. Tuy nhiên, chúng lập tức bị hút trở lại ( bởi lực hút tĩnh điện), nên điện tích của tấm kẽm coi như không thay đổi
2.
Thí nghiệm với tế bào quang điện
a. Tế bào quang điện là một bình chân
không nhỏ trong đó có hai điện cực:
Anốt A là vòng dây kim loại
Catốt K dạng chỏm cầu làm bằng
kim loại (mà ta cần nghiên cứu) phủ ở thành
trong của tế bào quang điện
+ ánh sáng do hồ quang phát ra được
chiếu qua kính lọc sắc F để lọc lấy một thành
phần đơn sắc nhất định, chiếu vào K
+ Bộ ácquy E duy trì một hiệu điện thế
giữa A&K. Hiệu điện thế này có thể thay đổi được
(cả độ lớn và dấu) nhờ chốt C`(Racquy< + Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn
vào K thì trong mạch có dòng điện. Gọi là dòng quang điện
(Xem mô phỏng)
tntbqd2
b. Sự phụ thuộc của hiện tượng quang điện vào bước sóng của ánh sáng kích thích ( ánh sáng chiếu vào Catốt ):
Đối với mỗi kim loại dùng làm Catôt, ánh sáng kích thích phải có một bước sóng nhỏ hơn một giới hạn ?0 nào đó thì mới gây ra được hiện tượng quang điện
? Nếu ánh sáng kích thích có bước sóng lớn hơn ?0 thì dù chùm ánh sáng có mạnh cũng không gây ra hiện tượng quang điện
c. Sự phụ thuộc dòng quang điện I vào hiệu điện thế UAK
- Ban đầu khi tăng UAKthì dòng quang điện I tăng
- Khi UAK đạt đến một giá trị nào đó thì
cường độ dòng quang điện đạt đến
một giá trị bão hoà Ibh
- Sau đó giá trị cường độ dòng điện
sẽ không đổi dù có tăng UAK



Giá trị Uh ứng với giao điểm của đường đặc trưng Vôn-Ampe của tế bào quang điện với trục hoành
Giá trị của hiệu điện thế hãm Uh ứng với mỗi kim loại dùng làm Catốt hoàn toàn không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của chùm sáng kích thích đó
? Nếu hai chùm sáng kích thích đơn sắc cùng bước sóng thì các đường đặc trưng Vôn-Ampe cắt trục U tại cùng một điểm Uh


d. Sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện bão hoà Ibh vào cường độ của chùm ánh sáng kích thích ( * ):
Ibh tỷ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích
e. Muốn dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn thì phải đặt giữa Avà K hiệu điện thế âm Uh nào đó (Uh = UAK< 0)
Uh được gọi là hiệu điện thế hãm

? Dựa vào thí nghiệm của Hecxơ để rút ra khái niệm về hiện tượng quang điện, electron quang điện
? Dựa vào thí nghiệm với tế bào quang điện để rút ra :
- Khái niệm dòng quang điện
- Sự phụ thuộc của hiện tượng quang điện vào bước sóng ánh sáng kích thích
- Sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện vào hiệu điện thế giữa Anốt và Catốt (Từ đó đưa ra đường đặc trưng Vôn-Ampe, khái niệm về dòng quang điện bão hoà)
- Sự phụ thuộc Ibhvào cường độ chùm ánh sáng kích thích
- Khái niệm hiệu điện thế hãm Uh và sự phụ thuộc của nó vào bước sóng ánh sáng kích thích


Củng cố kiến thức
Bài 1:
Trình bày thí nghiệm Hecxơ để phát hiện ra hiện tượng quang điện và nêu định nghĩa về hiện tượng này.
(Xem bài học)
Bài 2:
Trình bày thí nghiệm với tế bào quang điện và nêu những kết quả của thí nghiệm đó.

(Xem bài học)


Luyện tập
Bài 3:
Cường độ dòng quang điện bão hoà là 40?A. Số electron bị bứt ra khỏi Catốt của tế bào quang điện trong mỗi giây là bao nhiêu ?

a/ 20.1012
b/ 25.1013
c/ 23.1013
d/ 25.1012
( Lời giải )

Luyện tập
Bài 4:
Hãy giải thích tại sao khi tăng hiệu điện thế giữa anôt và catốt của tế bào quang điện đến một giá trị nào đó thì cường độ của dòng quang điện đạt đến giá trị bão hoà.

(Xem trả lời)
Luyện tập
kq1
Không có hiện tượng gì xảy ra
Tấm kẽm tích điện âm
Hai lá điện nghiệm xòe ra
(Chiếu Ánh sáng hồ quang điện)
Tấm thuỷ tinh không màu
Không quan sát thấy hiện tượng gì xảy ra, vì sao ?
Không có hiện tượng gì xảy ra vì thuỷ tinh hấp thụ mạnh các tia tử ngoại
kq2
Không có hiện tượng gì xảy
Kết quả
Bạn đã trả lời đúng

Kết quả
Bạn trả lời chưa đúng
Hãy làm lại lần nữa !

Kết quả
Bạn trả lời chưa đúng
Hãy làm lại lần nữa !

Tấm kẽm tích điện âm
Hai lá điện nghiệm xòe ra
(Chiếu Ánh sáng hồ quang điện)
Hai lá điện nghiệm gập lại chứng tỏ điều gì ?
A

Tấm kẽm mất điện tích âm
Tế bào
quang điện
Kính lọc sắc
Hồ quang điện
Xuất hiện dòng quang điện
Trong tế bào quang điện, dòng quang điện có chiều từ Anốt sang Catốt. Nó là dòng các êlectron quang điện bay từ Catót sang Anốt dưới tác dụng của điện trường giữa Anốt và Catốt

Kết quả
Bạn trả lời chưa đúng
Hãy làm lại lần nữa !

* Cường độ chùm ánh sáng :
Cường độ của một chùm sáng tại một điểm là đại lượng đo bằng lượng năng lượng mà chùm ánh sáng đó mang đến cho một điện tích bằng một đơn vị, đặt vuông góc với tia sáng đi qua điểm đó, trong một đơn vị thời gian
Lời giải bài 3:
Êtrôn bị bứt ra khỏi catốt di chuyển đến anốt tạo nên dòng quang điện. Điện luợng chuyển qua mạch trong thời gian t : q=Ibh.t = n .| -e |
( Do Ibh nên n chính là số electron bứt ra khỏi catốt )
Từ đó, số electron bứt ra khỏi catốt trong 1 giây:
n=Ibh.t / |-e | = 25.1013 electron/s
Lời giải bài 4:
Khi tăng hiệu điện thế giữa anôt và catôt, dòng quang điện tăng lên do số electron đến được anôt trong một đơn vị thời gian tăng lên. Đến một giá trị nào đó của hiệu điện thế, toàn bộ số electron quang điện bứt ra từ catôt hoàn toàn đến anôt. Do đó, dù có tăng hiệu điện thế lên nữa, số electron đến anôt cũng không tăng( do số electron bứt ra ở catôt là cố định) vì thế dòng quang điện đạt giá trị bão hoà.