Advertisement

Công Thức Vật Lý 12 Chương 6: Lượng Tử ánh Sáng.

Tổng hợp các công thức vật lý 12 chương 6: lượng tử ánh sáng.. hướng dẫn chi tiết từng công thức, các biến, hằng số, bài tập liên quan.

 Mục lục

Advertisement

Bài 1: Hiện Tượng Quang điện. Thuyết Lượng Tử ánh Sáng.

1. Công thoát.

A=hcλ0

 

Khái niệm: Muốn cho electron bứt ra khỏi mặt kim loại phải cung cấp cho nó một công để "thắng" các liên kết. Công này gọi là công thoát.

 

Chú thích:

A: công thoát (J)

h: hằng số Planck với h=6.625.10-34J.s

λ0: bước sóng của ánh sáng đơn sắc (m)

c: tốc độ ánh sáng trong chân không, c=3.108m/s

 


2. Năng lượng của photon để hiện tượng quang điện xảy ra.

εA

 

Phát biểu: Muốn cho hiện tượng quang điện xảy ra thì năng lượng của photon ánh sáng kích thích phải lớn hơn hoặc bằng công thoát.

 

Chú thích:

ε: năng lượng của photon ánh sáng kích thích (J)

A: công thoát (J)


3. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng.

 

Phát biểu: 

- Ánh sáng có bản chất điện từ.

- Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt: Ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt.


4. Hiện tượng quang điện và giới hạn quang điện.

λλ0

 

Phát biểu:

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

- Định luật về giới hạn quang điện: Ánh sáng kích thích chỉ có thể làm bật electron ra khỏi một kim loại khi bước sóng của nó ngắn hơn hoặc bằng giới hạn quang điện của kim loại đó.

 

Trong đó:

λ: bước sóng của ánh sáng kích thích (m)

λ0: giới hạn quang điện của kim loại (m)

 

Bước sóng của ánh sáng đơn sắc:

Các ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong khoảng từ 380nm (ứng với màu tím trên quang phổ) đến chừng 760nm (ứng với màu đỏ) là ánh sáng nhìn thấy được (khả kiến).

 

Bảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy trong chân không:

 

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-0

 

Giới hạn quang điện của một số kim loại:

 

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-1

Ánh sáng nhìn thấy có thể gây ra hiện tượng quang điện ngoài ở kim loại kiềm. 


5. Vận tốc cực đại ban đầu của electron.

v0max=2hcm1λ-1λ0

 

Chú thích:

v0max: vận tốc ban đầu cực đại của electron (m/s)

h: hằng số Planck với h=6.625.10-34J.s

λ: bước sóng của ánh sáng đơn sắc (m)

λ0: giới hạn quang điện của kim loại (m)

c=3.108m/s: tốc độ của ánh sáng trong chân không

m=me=9,1.10-31kg


6. Công suất bức xạ.

P=N.ε

 

Chú thích: 

P: công suất bức xạ (W)

N: số photon phát ra trong 1s 

ε: năng lượng của một photon (J)


7. Hiệu suất lượng tử.

H=nN

 

Khái niệm: Hiệu suất lượng tử là tỉ số giữa số quang elêctron bứt ra khỏi catôt và số photon chiếu tới catôt trong cùng một khoảng thời gian.

 

Chú thích:

H: hiệu suất lượng tử

n: số electron bật ra trong 1s

N: số photon phát ra trong 1s


8. Công thức Einstein. Năng lượng, công thoát và động năng cực đại trong lượng tử năng lượng.

ε=A+Wđmax=A+12mv0max2=A+e.U

 

Chú thích: 

ε: năng lượng của 1 photon (J)

A: công thoát (J)

Wđmax: động năng ban đầu cực đại với m=me=9,1.10-31kg

e=1,6.10-19C

U: độ lớn của hiệu điện thế hãm trong tế bào quang điện (V)


9. Lượng tử năng lượng. Mối liên hệ giữa bước sóng ánh sáng và năng lượng.

ε=hf=hcλ

 

Phát biểu: 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.

 

Chú thích:

ε: năng lượng (J)

h: hằng số Planck với h=6.625.10-34J.s

f: tần số của ánh sáng đơn sắc (Hz)

λ: bước sóng của ánh sáng đơn sắc (m)

c=3.108m/s: tốc độ của ánh sáng trong chân không

 

Thuyết lượng tử ánh sáng:

- Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là photon.

- Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các photon đều giống nhau, mỗi photon mang năng lượng bằng hf.

- Trong chân không, photon bay với tốc độ c=3.108m/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 photon.

- Photon chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có photon đứng yên.

 


10. Năng lượng của photon - vật lý 12

ε=hcλ=hf

Ánh sáng cấu tạo từ các hạt photon chuyển động với tốc độ c=3.108 m/s.Mỗi hat có năng lượng ε

Với ε năng lượng ánh sáng J

h=6,625.10-34 Js

c=3.108 m/s


11. Số hạt photon phát ra trong 1 đơn vị thời gian - vật lý 12

Np=Ptε=Pthf=Ptλhc

Với Np số photon phát ra 

P công suất nguồn chiếu sáng

h=6,625.10-34 Js

c=3.108 m/s


12. Cường độ chiếu sáng - vật lý 12

Isáng=PS=P4πR2 W/m2

Khoảng cách càng xa cường độ chiếu sáng càng giảm


13. Tỉ số photon của hai nguồn phát - vật lý 12

Np1Np2=P1λ1P2λ2

Np1;Np2 số photOn phát ra của nguồn 1 và 2

P1;P2 Công suất phát của nguồn 1 và 2

λ1;λ2 Bước sóng của nguồn 1 và 2


14. Động năng cực đại của electron khi thoát ra - vật lý 12

Wđ=ε-A=hf-f0=hcλλ0λ0-λ

Khi ta chiếu ánh sáng thích hợp vào các electron trên bề mặt sẽ bức ra dễ dàng hơn và có động năng cực đại .Các electron ở dưới do có lực liên kết mạnh hơn nên động năng thoát ra nhỏ hơn

Wđ=ε-A=hf-f0=hcλλ0λ0-λ

Với Wđ động năng cực đại của e khi thoát ra

       ε năng lượng ánh sáng chiếu vào

       A công thoát

        λ0 giới hạn quang điện


15. Vận tốc của electron khi thoát ra bề mặt - vật lý 12

v=2Wđme=2ε-Ame=2hcme1λ-1λ0=2eUhme

Với v : vận tốc cực đại của electron m/s

     Uh điện thế hãm

      Wđ động năng cực đại của electron J

      ε;A năng lượng chùm sáng chiếu vào và công thoát J


16. Tỉ số vận tốc động năng cực đại và vận tốc của electron - vật lý 12

v1v2=Wđ1Wđ2=ε1-Aε2-A=f1-f0f2-f0=λ1λ2λ0-λ2λ0-λ1Wđ1Wđ2=v1v22=ε1-Aε2-A=f1-f0f2-f0=λ1λ2λ0-λ2λ0-λ1

Với v1;v2 : vận tốc cực đại của electron ứng với ánh sáng 1 và ánh sáng 2 m/s

      Wđ1;Wđ2 động năng cực đại của electron ứng với ánh sáng 1 và ánh sáng 2 J

      ε1;ε2;A năng lượng chùm sáng chiếu vào ứng với ánh sáng 1 và ánh sáng 2 và công thoát J

      λ1;λ2;λ0bước sóngchùm sáng chiếu vào ứng với ánh sáng 1 và ánh sáng 2 và giới hạn quang điện


17. Điện thế cực đại của quả cầu khi được chiếu sáng - vật lý 12

Vmax=ε-Ae=hce1λ-1λ0=hf-f0e

Khi chiếu ánh sáng vào quả cầu trung hòa về điện các electron bị bật ra ngoài làm cho qua cầu mang điện tích dương sau khi chiếu một thời gian thì electron không bật nữa cho lực hút tĩnh điện lớn

Vmax=ε-Ae 

Với V điện thế cực đại của quả cầu

     ε,A năng lượng ánh sáng chiếu vào và công thoát

     e=1,6.10-19 C


18. Điện thế tối đa của quả cầu khi chiếu bởi chùm sáng - vật lý 12

Vmax=MaxV1max;V2max;.. khi λ=Minλ1;λ2;..λ0 hay f=Maxf1;f2;..f0=cλ0

Lúc này điện thế tối đa của quả cầu sẽ tương ứng với ánh sáng có năng lượng cao nhất


19. Bước sóng ánh sáng chiếu vào khi biết điện thế cực đại - vật lý 12

λ=hcVmaxe+A=1Vmaxehc+1λ0

Wđ=ε-A=Vmaxeλ=hcVmaxe+A=1Vmaxehc+1λ0

Với Vmax điện thế cực đại của quả cầu

     ε,A năng lượng ánh sáng chiếu vào và công thoát

     e=1,6.10-19 C

     λ0 giới hạn quang điện


20. Dòng điện qua điện trở khi được nối giữa qua cầu mang điện và một vật dẫn khác - vật lý 12

 Dòng điện đi từ điện thế cao sang thấp giữa 2 vật dẫn : I=VAmax-VBmaxR

Khi nối đất : I=VmaxR

Xét 2 quả cầu A , B có thể nhiễm điện bằng cách chiếu ánh sáng thích hợp

VAmax=hce1λ-1λ01

VBmax=hce1λ-1λ02

Khi điện thế 2 quả cầu cực đại người ta nối điện trở R ở giữa :

TH1 I=VAmax-VBmaxR=hce1λ01-1λ02 λ<λ01,λ<λ02 Dòng điện đi từ điện thế cao sang thấp

TH2  I=VAmaxR ; λ01>λ>λ02 dòng điện đi từ A sang B xem B như là nối đất

TH3 :I=VBmaxR:λ02>λ>λ01 dòng điện đi từ B sang A xem A như là nối đất


21. Quãng đường mà quang electron đi được trong điện trường cản - vật lý 12

s=WđNeE=ε-AeE=UhE

Gọi M là vị trí mà quang electron dừng lại:

Khi đó vecto cường độ điện trường cùng phương với vận tốc

Biến thiên động năng: 

WđM-WđN=AFđ=-eE.ss=WđNeE=ε-AeE=UhE

Với ε ; A : năng lượng chiếu vào và công thoát

     s : quãng đường đi được

     Uh điện thế hãm của quang electron

     E Cường độ điện trường V/m


22. Xác định cường độ điện trường khi biết quãng đường tối đa của quang electron - vật lý 12

E=Uhs=ε-Aes=Wđes

Với ε ; A : năng lượng chiếu vào và công thoát

     s : quãng đường đi được

     Uh điện thế hãm của quang electron

     E Cường độ điện trường V/m


23. Bán kính quỹ đạo của quang electron trong từ trường vuông góc- vật lý 12

R=mveBsinα=2m.ε-AeBsinα=2m.Uh.eeB ; α=B;v^

 

Chiều lực từ theo quy tắc bàn tay phải

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-2

Lực lorent đóng vai trò lực hướng tâm : 

Bevsinα=mv2RR=mveBsinα

Với v là vận tốc của electron

      B: Cảm ứng từ T

      e =1,6.10-19 C

     Uh là hiệu điện hãm


24. Chu kì của quang electron khi vào từ trường vuông góc - vật lý 12

T=2πRv=2πmeB=1f=2πω=tN

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-3

Chu kì T là khoảng thời gian mà e chuyển động xong 1 vòng

T=sv=2πRv

Với R là bán kính quỹ đạo


25. Tỉ số bán kính của hai quang electron trong từ trường - vật lý 12

R1R2=v1v2=Wđ1Wđ2=ε1-Aε2-A

Với R1;R2 là bán kính quỹ đạo của electron trong từ trường.

      ε1;ε2 là năng lượng ánh sáng chiếu tới

      A công thoát

      Wđ1 ;Wđ2 là động năng của electron


26. Quãng đường e đi được cùng chiều điện trường - vật lý 12

s=v0t-Ue2mdt2

s : quãng đường e đi được

U: độ lớn hiệu điện thế dăt vào bản tụ

d: khoảng cách giữa hai bản tụ


27. Quãng đường e đi được ngược chiều điện trường - vật lý 12

s=v0t+Ue2mdt2

s : quãng đường e đi được

U: độ lớn hiệu điện thế dăt vào bản tụ

d: khoảng cách giữa hai bản tụ


28. Xác định vận tốc của e khi kết thúc chuyển động trong tụ - vật lý 12

Tụ chưa đi hết chiều dài bản :vM=vO2+2Uehmd

Tụ  đã đi hết chiều dài bản :vM=vo1+a2l2

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-4

Xác định thời gian bay bên trong tụ :

t1=lv0 ; t2=2hmdUe

TH1: t2>t1 Tụ chưa đi hết chiều dài bản :

vM=vO2+2Uehmd

TH1: t2<t1Tụ  đã đi hết chiều dài bản :

vM=vO2+2Uemd=vo2+2ah-h2h2=h-at22=h-avo22l2vM=vO2+2Uehmd=vo2+2ah-h2=vo1+a2l2


29. Cường độ điện trường khi biết e tiếp tục chuyển động thẳng trong từ trường - vật lý 12

E=vB

Cho e chuyển động trong từ trường có cảm ứng từ vuông góc với chuyển động thì để e tiếp tục chuyển động thẳng lực điện phải cân bằng lực lorent

Khi e chuyển động cùng phương với cảm ứng từ thì nó cũng chuyển động thẳng nhưng vận tốc thay đổi và không xác định được giá trị của cảm ứng từ B

Điều kiện cân bằng:

Fđ=FLE=vB


30. Động năng của e trong điện trường - vật lý 12

WđN=WđM-UMN.e=ε-A-UMN.e

giả sử e đi từ M đến N

WđN=WđM-UMN.e=ε-A-UMN.e

Động năng tăng khi U<0

Động năng giảm khi U>0

Khi WđM=UMN.e thì UMN gọi là hiệu điện thế hãm


31. Thời gian e bay trong bản tụ - vật lý 12

 t1=v0lt2=2ha=d2hmeU.e.d

Thời gian bay trong tụ : t=Mint1;t2

Hạt chuyển động ném ngang : a=Uem.d

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-5

Thời gian chuyển động theo phương ngang trong khoảng chiều dài tụ : t=lv0

Thời gian bay đến bản dương : t=2ha=2.hUemd=2hmeU.e.d

 Thời gian bay trong bản tụ là t=Mint1;t2


32. Góc hợp bởi vecto vận tốc sau khi ra khỏi bản - vật lý 12

α=arccosvxv

Với

α là góc hợp bởi bản và hướng của e

v là vận tốc của e khi ra khỏi bản

vx là vận tốc theo phương ngang


33. Vận tốc e sau khi được thay đổi bằng điện thế - vật lý 12

vN=vM2-2UMN.eme=2ε-A-2UMN.eme

giả sử hạt bay từ M đến N , biết UMN<0

Biến thiên động năng:

WđN-WđM=UMN.-e

vN=vM2-2UMN.eme=2ε-A-2UMN.eme


34. Khoảng cách tối thiểu của e đến bản B - vật lý 12

smax=v22a=v2mdUedmin=d-smax

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-6

Gia tốc tác dụng lên e : a=Uemd

Quãng đường cực đại : smax=v22a=v2mdUe

Với U là hiệu điện thế đặt vào hai bản tụ AB

d : khoảng cách giữa hai bản

 


35. Bán kính tối đa của vùng e khi rơi lại bản A- vật lý 12

Khi cho v :Rmax=v02da 

Khi cho U hãm: Rmax=2dUAKU 

 

Vì UAK>0 nên anot hút các electron về phía nó. Những electron có vận tốc ban đầu cực đại bắn ra theo phương song song với hai bản sẽ ứng với Rmax

Từ phương trình chuyển đông: x=v0ty=at22 thay xD= R và yD=D

Ta được  : d=y=at22t=2daR=x=v0t=v02da với a=Fm=eUmd

Rmax=v02da 

Khi Wđ=UAKe ;UAK điện thế hãm

Rmax=2dUAKU 

 


36. Động năng tại N khi cho UMN -vật lý 12

WđN-WđM=UMN.-eWđN=-UMN.e+ε-A

Định lý động năng

WđN-WđM=UMN.-eWđN=-UMN.e+ε-A

Để giảm động năng tại N thì U tăng ,bước sóng tăng


37. Chiều dài bản tụ khi e bay theo phương ngang ra khỏi tụ - vật lý 12

l=v02sinαcosαUemd

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-7

Theo phương Ox , Oy: 

a=Uemdvx=v0sinαvy=-v0cosα+atx=v0tsinαy=-v0tcosα+at22

Khi ra vừa khỏi bản tụ thì bay theo phương ngang

vy=0t=v0cosαax=v02sinαcosαa


38. Cường độ dòng điện bão hòa - vật lý 12

Ibh=IH'=Ne đếntH'=HePε

Với Ibh là dòng điện khi tất cả e bức ra đều đến catot

      I là dòng điện đo được bằng Ampe kế (A)

     Ne đến là số electron đến được anot


39. Hiệu suất lượng tử của tế bào - vật lý 12

H=Ne bc raNp=Ibh.εPe=Ibh.hcPλe=I.hcPλeH'

Np số photon đến

Ne bc ra số pho ton bức ra

P: Công suất chiếu sáng 

H' Hiệu suất tạo dòng điện

Ibh cường độ dòng điện bão hòa

 


40. Hiệu suất tạo dòng quang điện - vật lý 12

H'=Ne đếnNe bc ra=IIbh

Với H' Hiệu suất tạo dòng quang điện 

      Ne đến số electron đến được anot

      Ne bc ra số electron bức ra khỏi kim loại

      Ibh dòng điện lúc bão hòa


41. Điều kiện xảy ra quang điện - vật lý 12

Điều kiện xảy ra :

λλ0 εA hay ff0 

Định nghĩa :

Hiện tượng quang điện là hiện tượng elctron bị bức ra khỏi tâm kim loại khi có ánh sáng phù hợp chiếu vào 

Kết quả : tấm kim loại trung hòa sẽ nhiễm điện dương

Với kim loại kiềm , kiềm thổ : ánh sáng nhìn thấy , ánh sáng hồng ngoại có thể gây ra hiện tượng quang điện.

Với các kim loại khác : vùng ánh sáng tử ngoại có thể gây ra hiện tượng quang điện

Điều kiện xảy ra ": λλ0 εA hay ff0


42. Công thoát của kim loại - vật lý 12

A=hcλ0=hf0=hf-Wđ=hf-mv22

Công thoát của kim loại là năng lượng cần thiết để electron bức ra khỏi liên kết.

Với λ0 giới hạn quang điện của kim loại 


43. Giới hạn quang điện của kim loại - vật lý 12

λ0=hcA=hcε-Wđ

Với λ0 giới hạn của kim loại

h hằng số plank

c vận tốc ánh sáng

 A: công thoát của kim loại

Wđ động năng cực đại của electron


44. Phần trăm số e không đến được B- vật lý 12

%e không đến =1-H'=1-Ne đếnNe bc ra=1-I.h.cH.P.e.λ

H' hiệu suất tạo dòng điện


45. Biểu diễn electron trong từ trường và điện trường - vật lý 12

Khi electron chuyển động song song với 1 trục :

BE và v ;Fđ ngưc chiu E ;Fđ ngưc chiu FL

Khi electron chuyển động song song với 1 trục :

 


46. Điện thế của qua cầu khi chiếu bước sóng theo điện thế các bước sóng khác - vật lý 12

V3=aAe+V1Ae+V2V1-V2-Ae

Với λ1 tương ứng V1

Với λ2=λ1+aλ tương ứng V2

Xác định V3 tương ứng với λ

1λ1-1λ0=eV1hcλ1=11λ0+eV1hc1λ1+aλ-1λ0=eV2hcλ1+aλ=11λ0+eV2hc1λ-1λ0=eV3hcaλ=a1λ0+eV3hc

suy ra 

a1λ0+eV3hc+11λ0+eV1hc=11λ0+eV2hcaV3=hce1λ0+eV1hc1λ0+eV2hceV1hc-eV2hc-Ae=Ae+V1Ae+V2V1-V2-AeV3==aAe+V1Ae+V2V1-V2-Ae

 


47. Điện thế của qua cầu khi chiếu tần số as theo điện thế các ánh sáng khác - vật lý 12

V3=V2-V1-Aea

Với f1 tương ứng V1

Với f2=f1+af tương ứng V2

Xác định V3 tương ứng với λ

f1-f0=eV1hf1=ehV1+f0f1+af-f0=eV2hf1+af=ehV2+f0f-f0=eV3hf=f0+ehV3ehV1+aehV3+af0+f0=ehV2+f0V3=V2-V1-Aea

 


Bài 2: Hiện Tượng Quang điện Trong.

1. Hiện tượng quang dẫn.

R=ρ.lS

 

Chú thích: 

R: điện trở (Ω)

ρ: điện trở suất (Ω.m)

l: chiều dài dây dẫn (m)

S: tiết diện dây dẫn (m2)

 

Khái niệm: Là hiện tượng giảm điện trở suất (giảm điện trở do điện trở tỉ lệ thuận với điện trở suất). Tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

 

Giải thích: Khi bán dẫn được chiếu sáng bằng chùm sáng có bước sóng thích hợp thì trong bán dẫn có thêm electron dẫn và lỗ trống được tạo thành. Do đó, mật độ hạt tải điện tăng, tức là điện trở suất của nó giảm. Cường độ ánh sáng chiếu vào bán dẫn càng mạnh thì điện trở suất của nó càng nhỏ.

 

Ứng dụng: Khi một linh kiện vật liệu quang dẫn được kết nối như một phần của mạch, hoạt động như một "điện trở quang", phụ thuộc vào cường độ ánh sáng hoặc chất quang dẫn.


2. Quang điện trở.- vật lý 12

R gim khi chiếu sáng

 

Khái niệm: Quang điện trở là một điện trở được làm bằng chất quang dẫn. Nó có cấu tạo gồm một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện.

Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài MegaOhm khi không được chiếu sáng xuống vài chục Ohm khi được chiếu ánh sáng thích hợp.

 

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-8

 

Ứng dụng: lắp vào các mạch khuếch đại trong các thiết bị điều khiển bằng ánh sáng, trong các máy đo ánh sáng.


3. Hiện tượng quang điện trong- vật lý 12

Điều kiện để có hiện tượng là : λλ0 hay ff0=Ah

 

Phát biểu: Hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết để cho chúng trở thành các electron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện, gọi là hiện tượng quang điện trong.

Hiện tượng quang điện trong xảy ra đối với một số chất bán dẫn như Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe,... có tính chất đặc biệt sau đây: Là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp. Các chất này còn được gọi là cht quang dn.

 

Năng lượng kích hoạt và giới hạn quang dẫn của một số chất:

 

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-9

 

So sánh hiện tượng Quang điện ngoài và hiện tượng Quang điện trong:

- Giống nhau:

+ Đều là hiện tượng electron ở dạng liên kết trở thành electron tự do (giải phóng electron liên kết trở thành electron dẫn) dưới tác dụng của phôtôn ánh sáng, tham gia vào quá trình dẫn điện.

+ Điều kiện để có hiện tượng là λλ0.

- Khác nhau: 

+ Hiện tượng quang điện ngoài:

Các quang electron bị bật ra khỏi kim loại.

Chỉ xảy ra với kim loại.

Giới hạn quang điện λ0 nhỏ thường thuộc vùng tử ngoại trừ kiềm và kiềm thổ (ánh sáng nhìn thấy).

+ Hiện tượng quang điện trong:

Các electron liên kết bị bứt ra vẫn ở trong khối bán dẫn.

Chỉ xảy ra với chất bán dẫn.

Giới hạn quang điện λ0 dài (lớn hơn của kim loại, thường nằm trong vùng hồng ngoại).


4. Pin quang điện và hiệu suất pin quang điện -vật lý 12

Pin quang điện :nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng

H=UIIsáng.S

 

Khái niệm: Pin quang điện (còn gọi là pin Mặt Trời) là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.

Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn (lớp chuyển tiếp).

Hiệu suất của các pin quang điện chỉ vào khoảng trên dưới 10%.

 

Cấu tạo: Tấm bán dẫn , bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại . Mặt trên cùng là lớp kim loại mỏng trong suốt với ánh sáng và dưới cùng là một đế kim loại.

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-10

 

Ứng dụng: trong các máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi,... Ngày nay người ta đã chế tạo thành công oto và máy bay chạy bằng pin quang điện.

 

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-11

 

 

 

 


5. Năng lượng kích hoạt - vật lý 12

ε0=hcλ0=hf0

Với ε0 năng lượng kích hoạt

λ0 giới hạn quang dẫn


Bài 3: Hiện Tượng Quang - Phát Quang

1. Điều kiện phát quang - vật lý 12

Ánh sáng phát quang có bước sóng lớn hơn ánh sáng kích thích

εpq<εkt hay λpq>λkt

Ánh sáng phát quang có bước sóng lớn hơn ánh sáng kích thích

εpq<εkt

Với εkt năng lượng bước sóng kích thích

Với εpq năng lượng bước sóng phát quang

 


2. Tỉ số photon kích thích và photon phát quang - vật lý 12

NpqNkt=Ppq.εktPkt.εpq=Ppq.λpqPkt.λkt

Với Npq là số photon phát quang

Nkt là số photon kích thích

Ppq là công suất phát quang

Pkt là công suất kích thích

εpq  là năng lượng photon phát quang

εkt  là năng lượng photon kích thích


3. Hiện tượng quang - phát quang.

Huỳnh quang: Tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích ( t <10-8s).Xảy ra chất lỏng và chất khí.

Lân quang: Kéo dài một khoảng thời gian đáng kể  ( t >10-8s). xảy ra đối với chất rắn.

 

Phát biểu: Chiếu một dung dịch fluorescein đựng trong một ống nghiệm bằng một đèn led tử ngoại ta thấy dung dịch fluorescein phát ra ánh sáng màu xanh lục. Ở đây ánh sáng kích thích là bức xạ tử ngoại, ánh sáng phát quang là ánh sáng màu lục.

Hiện tượng quang - phát quang là hiện tượng một chất hấp thụ ánh sáng có bước sóng này và phát ra ánh sáng có bước sóng khác.

 

Đặc điểm: Ánh sáng phát quang còn kéo dài một thời gian sau khi tắt ánh sáng kích thích. Thời gian này dài hay ngắn phụ thuộc vào chất phát quang.

 

Phân loại: 

 

1/ Huỳnh quang:

+ Ánh sáng phát quang hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích ( t <10-8s).

+ Thường xảy ra đối với chất lỏng và chất khí.

+ Ánh sáng huỳnh quang có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích.

 

2/ Lân quang:

+ Ánh sáng phát quang còn kéo dài một khoảng thời gian đáng kể sau khi tắt ánh sáng kích thích ( t >10-8s).

+ Thường xảy ra đối với chất rắn.

+ Những chất rắn có khả năng phát lân quang gọi là chất lân quang.

 

 

 

 

 


4. Các hiện tượng phát quang.

Hiện tượng quang - phát quang :đèn ống

 

Ngoài hiện tượng quang - phát quang còn có các hiện tượng phát quang khác như:

 

- Hiện tượng hóa - phát quang (đom đóm)

 

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-12

 

- Hiện tượng điện - phát quang (đèn LED)

 

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-13

 

- Hiện tượng quang - phát quang (lớp huỳnh quang ở đèn ống)

 

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-14

 


Bài 4: Mẫu Nguyên Tử Bohr - Quang Phổ Nguyên Tử Hidro.

1. Trạng thái dừng của nguyên tử. Bán kính quỹ đạo dừng.

r=n2r0

 

Phát biểu: 

- Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trong các trạng thái dừng thì nguyên tử không bức xạ.

- Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng.

 

Chú thích:

r: bán kính quỹ đạo đang xét (m)

n: thứ tự bán kính các quỹ đạo 

r0=5,3.10-11m: bán kính Bo

 

Quy ước: 

 

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-15

 

Chú ý:

- Bình thường, nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất và electron chuyển động trên quỹ đạo gần hạt nhân nhất. Đó là trạng thái cơ bản K.

- Khi hấp thụ năng lượng, nguyên tử chuyển lên các trạng thái dừng có năng lượng cao hơn và electron chuyển động treen những quỹ đạo xa hạt nhân hơn. Đó là các trạng thái kích thích.

- Các trạng thái kích thích có năng lượng càng cao thì ứng với bán kính quỹ đạo của electron càng lớn và trạng thái đó càng kém bền vững.

- Thời gian sống trung bình của nguyên tử trong các trạng thái kích thích rất ngắn (chỉ vào cỡ 10-8s).

 

 


2. Năng lượng electron trong nguyên tử Hydro.

En=-13,6n2

 

Phát biểu: Ứng với mỗi trạng thái dừng, electron có mức năng lượng xác định.

 

Chú thích: 

En: năng lượng của electron ở trạng thái dừng n (eV)

n=1,2,3...

 

Đổi đơn vị:

1ev=1,6.10-19 J

 


3. Vận tốc của electron ở trạng thái dừng thứ n.

Fht=Fđinmvn2rn=ke2r2

vn=ekrnm

 

Phát biểu: Khi electron chuyển động trên quỹ đạo n, lực hút tĩnh điện đóng vai trò là lực hướng tâm.

 

Chú thích:

m=me=9,1.10-31kg

vn: vận tốc của e ở trạng thái dừng n (m/s)

rn: bán kính quỹ đạo dừng (m)

k=9.109Nm2/C2

e=-1,6.10-19 C


4. Vận tốc của electron ở trạng thái dừng thứ n (2).

vn=-2Enm

 

Chú thích:

m=me=9,1.10-31kg

vn: vận tốc của e ở trạng thái dừng n (m/s)

En: năng lượng của electron ở trạng thái dừng n (J)


5. Tần số, bước sóng của photon hấp thụ và bức xạ.

f31=f32+f21

1λ31=1λ32+1λ21


6. Bước sóng phát ra khi nguyên tử chuyển mức năng lượng.

λnm=hcE01n2-1m2

 

Chú thích:

λnm: bước sóng phát ra khi nguyên tử chuyển mức năng lượng từ n->m (m)

h: hằng số Planck với h=6,625.10-34J.s

E0=13,6eV=13,6.1,6.10-19J


7. Quang phổ phát xạ và hấp thụ của nguyên tử Hydro. Năng lượng.

ε=hf=Ecao-Ethp

 

Phát biểu:

- Khi electron chuyển từ trạng thái dừng có mức năng lượng cao (Ecao) xuống mức năng lượng thấp hơn (Ethp) thì nó phát ra một photon có năng lượng đúng bằng: hf=Ecao-Ethp.

- Khi electron chuyển từ trạng thái dừng có mức năng lượng thấp (Ethp) lên mức năng lượng cao hơn (Ecao) thì nó hấp thụ một photon có năng lượng đúng bằng: hf=Ecao-Ethp.

 

Một chất hấp thụ được ánh sáng có bước sóng nào thì cũng có thể phát ra ánh sáng có bước sóng đó. 

 

hinh-anh-cong-thuc-vat-ly-12-chuong-6-luong-tu-anh-sang-17-16

 

Lưu ý:

+ Bước sóng dài nhất λNM khi e chuyển từ NM.

+ Bước sóng ngắn nhất λM khi e chuyển từ M.

 


8. Quang phổ vạch của nguyên tử Hidro. Năng lượng.

ε=Ecao - Ethp

 

Phát biểu:

- Bình thường electron chỉ chuyển động trên quỹ đạo K (trạng thái cơ bản).

- Khi bị kích thích, electron nhảy lên quỹ đạo có năng lượng lớn hơn L, M, N,...

- Thong thường, người ta coi như vùng trong ánh sáng thấy được của nguyên tử Hidro có 4 vạch quang phổ là đỏ, lam, chàm, tím.

 

Quang phổ vạch phát xạ của Hidro nằm trong 3 dãy:

+ Dãy Laiman: e chuyển từ trạng thái kích thích  quỹ đạo K (vùng tử ngoại).

+ Dãy Banme: e chuyển từ trạng thái kích thích  quỹ đạo L (vùng ánh sáng nhìn thấy và một số vạch thuộc vùng tử ngoại).

+ Dãy Pasen: e chuyển từ trạng thái kích thích quỹ đạo M (vùng hồng ngoại).


9. Qũy đạo dừng của electron - vật lý 12

Các electron chuyển động với các quỹ đạo xác định gọi là quỹ đạo dừng.

rn=n2r0 ;r0=0,53 A°

Tiên đề 1: Các electron chuyển động với các quỹ đạo xác định gọi là quỹ đạo dừng.

Công thức tính bán kính quỹ đạo dừng thứ n

rn=n2r0 ;r0=0,53 A°

Ngoài ra ta còn gọi quỹ đạo dừng theo chữ cái :K,L,M,NO,P theo thứ tự từ bán kính nhỏ đến lớn

Ví dụ : bán kính quỹ đạo dừng thứ 1 : r1=r0=0,53 A°

bán kính quỹ đạo dừng thứ 2 : r1=4r0=2,12 A°


10. Vận tốc của electron trên quỹ đạo dừng thứ n - vật lý 12

vn=enkmer0

Lực điện đóng vai trò lực hướng tâm :

Fđ=Fhtke2r2=mv2rvn=enkmer0

Với n là bậc của quỹ đạo

 k=9.109 NC2m2

e: Điện tích của electron

me:Khối lượng của electron

r0=0,53 A°


11. Tốc độ góc của electron trên quỹ đạo dừng thứ n -vật lý 12

ωn=en3kr03me

Ta có lực hướng tâm là lực điện

Fđ=Fhtke2rn2=mωn2rnωn=en3kr03me

 


12. Cường độ dòng điện khi electron trên quỹ đạo dừng thứ n -vật lý 12

In=e22πn3kr03me

Cường độ dòng điện

I=et=eω2πIn=e22πn3kr03me

 


13. Tỉ số tốc độ của electron trên quỹ đạo dừng - vật lý 12

v1v2=n2n1=r2r1=Wđ1Wđ2

Với v1 là vận tốc của e khi nó ở quỹ đạo  ; n1 là bậc tương ứng ; r1 bán kính quỹ đạo dừng ta đang cần xét

Với v2 là vận tốc của e khi nó ở quỹ đạo  ; n2 là bậc tương ứng ; r2 bán kính quỹ đạo dừng ta đang cần xét


14. Tỉ số tốc độ góc của electron trên quỹ đạo dừng - vật lý 12

ω1ω2=n23n13=r2r13=v1v23

Với ω1 là vận tốc góc của e khi nó ở quỹ đạo  ; n1 là bậc tương ứng ; r1 bán kính quỹ đạo dừng ta đang cần xét

Với ω2 là vận tốc góc của e khi nó ở quỹ đạo  ; n2 là bậc tương ứng ; r2 bán kính quỹ đạo dừng ta đang cần xét


15. Bước sóng phát ra khi chuyển từ m sang n theo bước sóng - vật lý 12

1λmn=1λmk+1λkn ;n<k<m1λmn=1λmk-1λnk;k<n<m

Với k , m ,n là bậc của quỹ đạo dừng

λmn : Bước sóng phát ra khi chuyển từ m sang n

λmk: Bước sóng phát ra khi chuyển từ m sang k

λkn:Bước sóng phát ra khi chuyển từ k sang n


16. Tần số phát ra khi chuyển từ m sang n theo bước sóng - vật lý 12

fmn=fmk+fkn ;n<k<mfmn=fmk-fnk;k<n<m

Với k , m ,n là bậc của quỹ đạo dừng

fmn : Tần số sóng phát ra khi chuyển từ m sang n

fmk: Tần số sóng phát ra khi chuyển từ m sang k

fkn:Tần số sóng phát ra khi chuyển từ k sang n


17. Xác định quỹ đạo khi cho hiệu khoảng cách - vật lý 12

rm-rn=ar0m=a2+n2N

Dùng máy tính : Xét : fx=a2+x2

Cho x chạy từ 1 đến 15 tìm các giá trị nguyên


18. Xác định quỹ đạo dừng khi cho bán kính -vật lý 12

n=rnr0

n là bậc của quỹ đao dừng

rn bán kính quỹ đạo dừng thứ n

 


19. Số bức xạ có thể bức ra khi electron ở quỹ đạo thứ n - vật lý 12

N=nn-12

N: số bức xạ

n: bậc của quỹ đạo dừng


20. Qũy đạo kích thích thứ n - vật lý 12

Trạng thái khích thứ n quỹ đạo dừng thứ n-1

Trạng thái cơ bản : n=1 chỉ có thể hấp thụ photon

Trạng thái khích thứ 1:n=2 có thể hấp thụ và phát xạ


21. Năng lượng cần cung cấp để electron chuyển từ quỹ đạo n lên m -vật lý 12

ε=E=Em-En=-13,61m2-1n2   eV

Với : ε Năng lượng cần cung cấp

Em;En Mức năng lượng của e ở múc m và n


22. Bước sóng ứng với sự dịch chuyển từ vô cùng hoặc đến vô cùng - vật lý 12

λm=hcE-Em=hc.m213,6e:phát raλm=hcEm-E=hc.m213,6ehp th

E: năng lượng của e ở mức vô cùng bằng 0

Em:năng lượng của e ở mức m

λmbước sóng ứng với mức vô cùng về m

λmbước sóng ứng với m ra mức vô cùng 


23. Xác định quỹ đạo dừng khi biết số bức xạ có thể phát - vật lý 12

n=1+8N+12

Số bức xạ có thể phát : N=nn-12

Số bức xạ chuyển trực tiếp về 1: N=n-1


24. Động năng ban đầu để sau khi lên e có thể phát ra N bức xạ - Vật lý 12

Động năng ban đầu để sau khi lên e có thể phát ra N bức xạ:

-13,6e1m2-1n2Wđ<-13,6e1m+12-1n2;m=1+8N+12

 

Động năng ban đầu để sau khi lên e có thể phát ra N bức xạ:

Số bức xạ mà e có thể phát ra khi ở quỹ đạo m:

N=mm-12m2-m-2N=0m-122=2N+14m=1+8N+12

Động năng tối thiểu:

Wđmin=Em-En=-13,6e1m2-1n2

Động năng tối đa:

Wđmax=Em+1-En=-13,6e1m+12-1n2

 


25. Động năng sau va chạm làm cho e lên mức m - vật lý 12

Wđ'=Wđ-Em-En

Với Wđ là động năng ban đầu

Wđ' là động năng còn lại

m>n Em,En là năng lượng ở mức quỹ đạo m ,n


26. Năng lượng ion hóa nguyên tử Hidro - vật lý 12

E=E-E1=hcλ1

Năng lượng ion hóa nguyên tử Hiro năng lượng  mà ta cần cung cấp để e chuyển từ mức trạng thái cơ bản ra vô cùng


27. Xác định quỹ đạo dừng mà e có thể lên sau khi hấp thụ năng lượng - vật lý 12

m=1E-13,6e+1n2

Nếu m không  N thì e không lên được

Nếu m  N thì e lên được quỹ đạo m

 

Ban đầu hạt ở quỹ đạo dừng n :

Điều kiện để e lên quỹ đạo m: 

E=Em-En=-13,61m2-1n2 eVm=1E-13,6e+1n2N

Lấy bảng giá trị n: 1

Nếu m không  N thì e không lên được

Nếu m  N thì e lên được quỹ đạo m

 


28. Bước sóng nhỏ nhất hay tần số lớn nhất mà e có thể phát - vật lý 12

fm1=Em-E1h=-13,6e1m2-1h Hzλm1=hcEm-E1=hc-13,6e1m2-1 m

Ban đầu e ở quỹ đạo m:

fmax=fm1=cλm1=Em-E1h=-13,6e1m2-1h Hzλmin=λm1=hcEm-E1=hc-13,6e1m2-1 m

fm1 tần số mà e phát ra khi chuyển từ quỹ đạo m về 1

λm1 bước sóng mà e phát ra khi chuyển từ quỹ đạo m về 1


29. Bức xạ cho 3 vạch - vật lý 12

fchiếu=f1+f2

fchiếu=f1+f2 Với fchiếu>f2>f1


30. Bước sóng mà e phát ra khi đi từ bậc m sang n -vật lý 12

λmn=hcEm-En=hc-13,6e1m2-1n2 m

Mỗi electron trên quỹ đạo xác định thì sẽ có năng lượng xác định khi nó chuyển vạch sẽ hấp thụ hoặc bức xạ photon có năng lượng bằng độ biến thiên năng lượng giữa hai vạch.

Với λmn bước sóng mà e phát ra khi đi từ m sang n

Em;En năng lượng mà e có ở mức m,n


Bài 5: Sơ Lược Về Laser.

1. Sơ lược về Laser - vật lý 12

Đặc điểm: tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp rất cao và cường độ rất lớn.

Nguyên tắc hoạt động: phát xạ cảm ứng.

 

Khái niệm: Laser là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng.

Đặc điểm: Tia laser có tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp rất cao và cường độ rất lớn.

 

Nguyên tắc hoạt động: Nguyên tắc hoạt động quang trọng nhất của laze là sự phát xạ cảm ứng.

 

Ứng dụng của laser:

- Laser được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, bút chì bảng.

- Trong y học, lợi dụng khả năng tập trung năng lượng của chùm tia laser vào vùng rất nhỏ, người ta dùng tia laser như một con dao mổ trong phẫu thuật...

- Laser được ứng dụng trong thông tin liên lạc vô tuyến và thông tin liên lạc bằng cáp quang.

- Trong công nghiệp, laser dùng trong các bệnh viện như khoan, cắt, tôi,... chính xác trên nhiều chất liệu như kim loại, composite,...

 


2. Thời gian nóng chảy khối thép - vật lý 12

t=PVρλ+C.t2-t1

Với V: thể tích vật bị nóng chảy

λ Nhiệt nóng chảy


3. Thể tích nước bốc hơi trong 1 đơn vị thời gian - vật lý 12

Vt=PDL+CH2Ot2-t1

L: Nhiệt hóa hơi J/kg

CH2O : Nhiệt dung riêng J/kg.K

D: Khối lượng riêng của nước Kg/m3


Advertisement
Advertisement

Khóa Học Dành Cho Các Bạn Học Sinh Giỏi

Học Tập Cực Kỳ Hiệu Quả - Đặc biệt thiết kế riêng cho các bạn đang ôn thi tốt nghiệp THCS, THPT hoặc Ôn Thi Đại Học

Advertisement
Advertisement

Học IELTS Miễn Phí

Advertisement
Advertisement
Advertisement

Advertisement


Advertisement

Tin Tức Liên Quan