Vật lý Lớp 12

1. Thuyết lượng tử năng lượng (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, gọi là lượng tử năng lượng, kí hiệu là ε với $\epsilon = hf = h\frac{c}{\lambda}$. Trong đó f là tần số ánh sáng; h là hằng số Plăng h=6,625.10^-34J.s = 4,14.10^-15eVs.

2. Thuyết lượng tử ánh sáng:

  - Chùm sáng là chùm các photon. Mỗi photon có năng lượng xác định ε.

  - Cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số photon phát ra trong 1 giây.

  - Phân tử, nguyên tử, electron … phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ photon.

  - Phôtôn bay dọc theo các tia sáng với tốc độ c = 3.10⁸m/s.

3. Các công thức:

   1eV = 1,6.10^-19J.

  - Năng lượng 1 photon: $\epsilon = hf = \frac{hc}{\lambda}$

  - Năng lượng chùm photon: $E =N_p\epsilon = N_p\frac{hc}{\lambda}$, với N_p là tổng số hạt photon

  - Công suất chùm sáng: $P = \frac{E}{t} = \frac{N_p\epsilon}{t}$

I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI.

1. Định nghĩa: là hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi mặt kim loại.

2. Giải thích:

  - Mỗi phôtôn khi bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng ε của nó cho 1 êlectron. Năng lượng này, một phần chuyển thành công thoát A để thắng lực liên kết, phần còn lại biến thành động năng ban đầu cực đại W_đ0Max của electron.

  - Nếu ε ≤ A thì electron sẽ không thể thắng lực liên kết với kim loại nên không thể bị bức ra khỏi bề mặt kim loại.

  - Nếu ε ≥ A thì electron sẽ bị bức ra khỏi bề mặt kim loại, gọi là hiện tượng quang điện ngoài.

3. Công thức A. Einstein: ε = A + W_đ0Max.

  - Trong đó: $A = \frac{hc}{\lambda_0}$ gọi là công thoát của kim loại dùng làm catốt.

  - λ₀ là giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt, là đặc trưng riêng cho mỗi kim loại.

  - $W_{đ0Max} = \frac{m_ev_{0Max}^2}{2}$ là động năng ban đầu cực đại của electron quang điện.

    v_0Max là vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện khi thoát khỏi catốt.

  - f, λ lần lượt là tần số, bước sóng của ánh sáng kích thích.

4. Điều kiện có quang điện ngoài: Từ công thức A. Einstein ta thấy, electron bật được ra khỏi bề mặt kim loại khi:

ε ≥ A.

⇔ $\frac{hc}{\lambda} \geqslant \frac{hc}{\lambda_0}$.

⇒ $\lambda \leqslant \lambda_0$.

5. Các định luật quang điện.

a. Định luật quang điện 1: Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích chiếu vào 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. Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là đặc trưng riêng cho kim loại đó.

b. Định luật quang điện 2: Đối với mỗi ánh sáng thích hợp (λ ≤ λ₀), cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích.

* Giải thích:

$I_{bh} = \frac{q}{t} = \frac{N_ee}{t}$

- Mà hiệu suất lượng tử H (hiệu suất quang điện): là số electron bứt khỏi katot ứng với 1 photon tới trong cùng 1 khoảng thời gian: $H = \frac{N_e}{N_p}$ . Với N_p là số phôtôn đập vào catốt và N_e là số electron quang điện bứt khỏi catốt.

⇒ N_e = HN_p

⇒ $I_{bh} = \frac{q}{t} = \frac{He}{t}N_p$

c. Định luật quang điện 3: Động năng ban đầu cực đại của quang electron không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích, mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của chùm sáng kích thích và bản chất của kim loại.

* Giải thích:

$W_{đ0Max} = hc(\frac{1}{\lambda} - \frac{1}{\lambda_0})$

6. Một số công thức liên quan:

  - Để dòng quang điện triệt tiêu thì ta phải đặt vào hai đầu Anot và Katot một hiệu điện thế U_AK ≤ U_h < 0, với U_h gọi là hiệu điện thế hãm: $eU_h = \frac{mv_{0Max}^2}{2}$.

  - Định lí biến thiên động năng: độ biến thiên động năng của electron bằng công của lực điện: $ e{U_h} = \frac{{mv_{Sau}^2}}{2} - \frac{{mv_{Trước}^2}}{2} $.

II. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN BÊN TRONG: là hiện tượng tạo thành các electron dẫn và lỗ trống (tích điện dương) trong bán dẫn, do tác dụng của ánh sáng thích hợp.

1. Hiện tượng quang dẫn: là hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào. Trong hiện tượng quang dẫn, ánh sáng kích thích sẽ giải phóng các electron liên kết thành electron chuyển động tự do trong khối bán dẫn. Mặt khác mỗi electron bị bứt ra lại tạo ra một lổ trống tích điện dương tham gia trong quá trình dẫn điện. Do đó chất bán dẫn bị chiếu sáng bằng ánh sáng thích hợp sẽ trở thành dẫn điện tốt.

2. Quang điện trở: Quang điện trở được chế tạo dựa trên hiệu ứng quang điện trong. Đó là một tấm bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi khi cường độ chùm ánh sáng chiếu vào nó thay đổi.

3. Pin quang điện: Pin quang điện là nguồn điện trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. Hoạt động của pin dựa trên hiện tượng quang điện trong của một số chất bán dẫn như đồng ôxit, sêlen, silic… Suất điện động của pin thường có giá trị từ 0,5V đến 0,8V.

I. HIỆN TƯỢNG QUANG PHÁT QUANG

1. Định nghĩa: Một số chất khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó, thì có khả năng phát ra các bức xạ điện từ trong miền ánh sáng nhìn thấy. Các hiện tượng đó gọi là sự phát quang.

2. Tính chất:

  - Mỗi chất phát quang có một quang phổ đặc trưng cho nó.

  - Sau khi ngừng kích thích, sự phát quang của một số chất còn tiếp tục kéo dài thêm một thời gian nào đó, rồi mới ngừng hẵn. Khoảng thời gian từ lúc ngừng kích thích cho đến lúc ngừng phát quang gọi là thời gian phát quang.

    + Sự huỳnh quang là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10^-8s). Nghĩa là ánh sáng phát quang hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích. Nó thường xảy ra với chất lỏng và chất khí.

    + Sự lân quang là sự phát quang có thời gian phát quang dài (từ 10^-8s trở lên); nó thường xảy ra với chất rắn. Các chất rắn phát quang loại này gọi là chất lân quang.

3. Ứng dụng: Hiện tượng phát quang được sử dụng trong các đèn ống để thắp sáng, trong các màn hình của dao động kí điện tử, tivi, máy tính, sử dụng sơn phát quang quét trên các biển báo giao thông.

II. SƠ LƯỢC VỀ LAZE:

1. Định nghĩa: Laze là một chùm sáng song song, kết hợp, có tính đơn sắc rất cao và có cường độ lớn dựa trên hiệu ứng hiện tượng phát xạ cảm ứng.

2. Ứng dụng: Trong Y học: chữa bệnh ngoài da … Trong thông tin liên lạc: liên lạc vệ tinh, truyền tin bằng cáp quang… Trong công nghiệp: khoan, cắt...Trong trắc địa: đo khoảng cách, ngắm đường thẳng… Trong các đầu đọc CD, bút chỉ bảng…

I. CÁC TIÊN ĐỀ BORH

1. Tiên đề về trạng thái dừng.

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

  - Bình thường, nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất gọi là trạng thái cơ bản. Khi hấp thụ năng lượng thì nguyên tử chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích. Thời gian nguyên tử ở trạng thái kích thích rất ngắn (chỉ cỡ 10-8s). Sau đó nguyên tử chuyển về trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn và cuối cùng về trạng thái cơ bản.

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

    + Bán kính nguyên tử Hiđrô: $r_n = n^2r_1$, với n ∈ Z là lượng tử số và r₁=5,3.10^-11m gọi là bán kính Bohr.

    + Năng lượng của nguyên tử Hiđrô: $E_n = -\frac{13,6}{n^2}$

2. Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử.

  - Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng cao E_cao sang trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn E_thấp thì nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng: $\epsilon = E_{cao} - E_{thấp}$.

  - Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng thấp E_thấp chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng cao hơn E_cao thì nó hấp thụ được một phôtôn có năng lượng ε với $\epsilon = E_{cao} - E_{thấp}$.

  - Sự chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng E_m sang trạng thái dừng có năng lượng E_n ứng với sự nhảy của electron từ quỹ đạo dừng có bán kính r_m sang quỹ đạo dừng có bán kính r_n và ngược lại.

II. QUANG PHỔ VẠCH CỦA NGUYÊN TỬ HIDRÔ.

  - Dãy Lyman (miền tử ngoại): được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ở phía ngoài về quỹ đạo K.

  - Dãy Banme (ánh sáng nhìn thấy và một phần tử ngoại): được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo phía ngoài về quỹ đạo L.

    + Vạch đỏ Hα: ứng với dịch chuyển của electron từ M → L.

    + Vạch lam Hβ: ứng với dịch chuyển của electron từ N → L.

    + Vạch chàm Hγ: ứng với dịch chuyển của electron từ O → L.

    + Vạch tím Hδ: ứng với dịch chuyển của electron từ P → L.

  - Dãy Pasen (vùng hồng ngoại): được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo phía ngoài về quỹ đạo M.

  - Liên hệ giữa các bước sóng và tần số của các vạch quang phổ nguyên tủ hiđrô: ε₃₁ = ε₃₂ + ε₂₁ và f₃₁ = f₃₂ + f₂₁ và $\frac{1}{\lambda_{31}} = \frac{1}{\lambda_{32}} + \frac{1}{\lambda_{21}}$