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

I- Hiện tượng quang điện
II- Các định luật quang điện
III- Thuyết lượng tử ánh sáng
IV- Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng
V
I- Hiện tượng quang điện

Zn
G
L
1- Thí nghiệm của Héc

Điện nghiệm
Tấm kẽm tích điện
Đèn hồ quang L
Tấm thuỷ tinh trong suốt G
Chiếu chùm tia hồ quang vào tấm Zn tích điện âm.
Kim điện nghiệm trở về số 0
>>Lá Zn đã mất điện tích âm.
Zn
L
0
* Chiếu chùm tia hồ quang vào tấm Zn tích điện dương.
>> Không có hiện tượng gì xảy ra.
Zn
L
V
Zn
G
L
* Dùng tấm thuỷ tinh trong suốt G chắn chùm tia tử ngoại.
>>Không có hiện tượng gì xẩy ra.
2- Định nghĩa:
Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài)

II-Các định luật quang điện
1-Thí nghiệm với tế bào quang điện
A
K
L
F
Dụng cụ:
Tế bào quang điện: Là một bình chân không có 2 điện cực A ; K
Anốt: một vòng dây kim loại
Catốt: Là một chỏm cầu kim loại.
Đèn hồ quang L
Kính lọc sắc F.
Điện kế G; Vôn kế V
Nguồn điện
b) Tiến hành thí nghiệm
Chiếu vào catốt các ánh sáng có bước sóng khác nhau:
Nhận xét các hiện tượng xẩy ra?
V
mA
- A�nh sáng tím.
- A�nh sáng cam
- A�nh sáng đỏ

*Chiếu ánh sáng thích hợp vào K thì trong tế bào quang điện sẽ có dòng quang điện từ A => K
*Đối với mỗi Kloại làm K, ánh sáng kích thích phải có bước sóng nhỏ hơn giới hạn ?0 nào đó mới có hiện tượng quang điện.
c) Kết lụân
K
A
F
L
2. SỰ PHỤ THUỘC CỦA CƯỜNG ĐỘ
DÒNG QUANG ĐIỆN VÀO UAK
mA
K
A
F
L
V
Quan sát số chỉ của mA
khi tăng UAKvà rút ra nhận xét
?
* NHẬN XÉT:
- UAK tăng >> IQĐ tăng theo.
UAK đạt tới một giá trị Uo.
>> IQĐ đạt giá trị bão hoà ( Ibh)
U0
0
- IQĐ = 0 khi UAK< 0 (Uh= UAK)
3. Sự phụ thuộc cường độ dòng quang điện bão hoà vào cường độ chùm sáng kích thích.
U
0
Ibh1
Ibh2
Ibh3
* Ibh tỷ lệ thuận với cường độ
chùm sáng kích thích tương ứng.
I
Uh
Chú ý: Uh không phụ thuộc cường độ chùm sáng kích thích
Uh phụ thuộc vào bản chất kim loại làm K
và bước sóng ánh sáng kích thích
Đ/Luật1: Đối với mỗi kim loại khi ánh sáng kích thích vào nó phải có bước sóng ? ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện ?0 của kim loại thì hiện tượng quang điện mới xảy ra.

Đ/luật 2: Với ánh sáng kích thích có bước sóng thoả mãn định luật quang điện thứ nhất thì cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích.
Đ/Luật 3:
+ Tồn tại của hiệu điện thế hãm chứng tỏ rằng khi bật ra khỏi mặt kim loại, các êlectrôn quang điện có một vận tốc ban đầu
+ Động năng ban đầu cực đại của các êlectrôn quang điện không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích, mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại dùng làm catốt.
III. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

1. Giả 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 h.f: 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
Công thức

f là tần số ánh sáng

Thông thường năng lượng hấp thụ hay bức xạ tuỳ ý, Plăng quan niệm lượng năng lượng này = k.hf ( nghĩa là bằng bội của hf)
3/ Thuyết lượng tử ánh sáng:
a) Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn
d) Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hoăc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn
c) Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c=3.108m/s dọc theo tia sáng.
b) Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f các phôtôn đều giống nhau , mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf.
Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động không đứng yên
4) Giải thích các định luật quang điện bằng thuyết lượng tử.
+ Coi chùm ánh sáng là chùm hạt, mỗi hạt là một phôtôn, mỗi phôtôn ứng với một lượng tử ánh sáng.
+ Mỗi phôtôn bị hấp thụ truyền toàn bộ năng lượng cho electrôn.
* Đối với các e- nằm ngay trên bề mặt kim loại thì năng lượng này dùng vào 2 việc:
+ Cung cấp cho e- công thoát A.
+ Cung cấp cho e- đó một
� Công thức Anhxtanh:
Ta có:
hf ? A hay h.c/f ? A
Từ đó suy ra ? ? hc/A
Đặt ?0 = hc/A
Ta có: ? ? ?0
?0 chính là giới hạn quang điện của kim loại và hệ thức trên phản ánh định luật về giới hạn quang điện

4) Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng.