Công thức Anhxtanh - Vật Lý Tuổi Trẻ

LÝ THUYẾT VÀ CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI

I.TÓM TẮT VỀ LÝ THUYẾT

Có thể bạn quan tâm

Hiện tượng quang điện(ngoài) – Lý thuyết lượng tử ánh sáng.

a. Hiện tượng quang điện

Hiện tượng khi ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại được gọi là hiện tượng quang điện ngoài (gọi tắt là hiện tượng quang điện).

b. Các định luật quang điện

+ Định luật quang điện thứ nhất (định luật về giới hạn quang điện):

Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hoặc bằng giới hạn quang điện λ0 của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện: λ ≤ λ0.

+ Định luật quang điện thứ hai (định luật về cường độ dòng quang điện bão hòa):

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

+ Định luật quang điện thứ ba

(định luật về động lượng cực đại của electron quang):

Động lượng ban đầu cực đại của electron quang không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích, mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích và bản chất kim loại.

c. Lý thuyết lượng tử ánh sáng

+ Chùm ánh sáng là chùm các photon (các hạt tử ánh sáng). Mỗi photon có năng lượng xác định (năng lượng của 1 photon ε = hf (J). Trong chân không, ε = hc/λ.

Trong đó:

h=6,625.10-34 J.s : hằng số Plank; c =3.108 m/s : vận tốc ánh sáng trong chân không.

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

+ Phân tử, nguyên tử, electron… phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng, nghĩa là chúng phát xạ hoặc hấp thụ photon.

+ Các photon di chuyển với vận tốc c = 3.108 m/s trong chân không.

+ Năng lượng của mỗi photon rất nhỏ. Một chùm sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều photon do rất nhiều nguyên tử, phân tử phát ra. Vì vậy ta nhìn thấy chùm sáng liên tục.

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

Xem thêm : ✅ Công thức oleum ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐

d. Giải thích các định luật quang điện

+Bảng giá trị giới hạn quang điện

e. Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng

+Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Ta nói ánh sáng có tính lưỡng tính sóng – hạt.

+Trong mỗi hiện tượng quang học, ánh sáng thường thể hiện rõ một trong hai tính chất trên. Khi tính chất sóng thể hiện rõ thì tính chất hạt lại mờ nhạt, và ngược lại.

+Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn, photon có năng lượng càng lớn thì tính chất hạt thể hiện càng rõ, như ở hiện tượng quang điện, ở khả năng đâm xuyên, khả năng phát quang…, còn tính chất sóng càng mờ nhạt.

+Trái lại, sóng điện từ có bước sóng càng dài, photon ứng với nó có năng lượng càng nhỏ, thì tính chất sóng lại thể hiện rõ hơn như ở hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, …, còn tính chất hạt thì mờ nhạt.

CÁC DẠNG BÀI TẬP

1. Các công thức:

+Công suất của nguồn sáng: P=nλεP=nλε

nλnλ là số photon phát ra trong mỗi giây. εε là lượng tử ánh sáng.

+Cường độ dòng quang điện bão hòa: Ibh=nεeIbh=nεe (Giả sử n= ne , với n là số electron đến được Anốt)

nene là số electron bật ra khỏi catot mỗi giây = n số electron tới anot mỗi giây

e là điện tích nguyên tố.

+Đổi đơn vị: 1eV=1,6.10-19J. 1MeV=1,6.10-13J.

+Các hằng số được cài sẵn trong máy tính cầm tay Fx570MS; Fx570ES; 570ES Plus bằng các lệnh:

[CONST] Number [0 ~40] ( xem các mã lệnh trên nắp của máy tính cầm tay )

+Lưu ý : Khi tính toán dùng máy tính cầm tay, tùy theo yêu cầu đề bài có thể nhập trực tiếp các hằng số từ đề bài đã cho , hoặc nếu muốn kết quả chính xác hơn thì nên nhập các hằng số thông qua các mã lệnh CONST [0~ 40] đã được cài đặt sẵn trong máy tính! (Xem thêm bảng HẰNG SỐ VẬT LÍ dưới đây)

* -Ví dụ1: Máy 570ES:

3. Các dạng bài tập: Cho 1 eV = 1,6.10-19 J ; h = 6,625.10-34 Js ; c = 3.108 m/s; me = 9,1.10-31 kg.

Dạng 1: Tính giới hạn quang điện, công thoát và vận tốc cực đại ban đầu của electron quang điện khi bật ra khỏi Katot.

-Các hằng số : h = 6,625.10-34 Js ; c = 3.108 m/s; e = 1,6.10-19 C; me = 9,1.10-31 kg.

Ví dụ 1: Giới hạn quang điện của kẽm là λo = 0,35μm. Tính công thoát của electron khỏi kẽm?

Xem thêm : ✅ Công thức otherwise ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐

Bấm máy tính: phân số SHIFT 7 06 h X SHIFT 7 28 Co ↓ 0,35 X10x -6 = 5.6755584×10-19J

Đổi sang eV: Chia tiếp cho e: Bấm chia SHIFT 7 23 =

Hiển thị: 3,5424 eV

Nhận xét: Hai kết quả trên khác nhau là do thao tác cách nhập các hằng số !!!

Dạng 2: Liên hệ giữa động lượng ban đầu( vận tốc ban đầu)và hiệu điện thế hãm giữa 2 cực của A và K để triệt tiêu dòng quang điện.

Dạng 5: Cho cường độ dòng quang điện bão hoà. Tính số electron quang điện bật ra khỏi Katot sau khoảng thời gian t.

Dạng 6: Tính hiệu suất lượng tử của tế bào quang điện.

PPG: Hiệu suất lượng tử của tế bào quang điện là đại lượng được tính bằng tỉ số giữa số electron quang điện bật ra khỏi Katot với số photon đập vào Katot.

Dạng 7: Ứng dụng của hiện tượng quang điện để tính các hằng số h, e, A.

Áp dụng các công thức:

Dạng 8: Chiếu ánh sáng kích thích có bước sóng thích hợp vào bề mặt tấm kim loại (hay quả cầu) được cô lập về điện. Tính hiệu điện thế cực đại mà tấm kim loại đạt được.

PPG: Khi chiếu ánh sáng kích thích vào bề mặt kim loại thì electron quang điện bị bật ra, tấm kim loại mất điện tử (-) nên tích điện (+) và có điện thế là V. Điện trường do điện thế V gây ra sinh ra 1 công cản AC = e.V ngăn cản sự bứt ra của các electron tiếp theo. Nhưng ban đầu AC < Wdmax , nên electron quang điện vẫn bị bứt ra. Điện tích (+) của tấm kim loại tăng dần, điện thế V tăng dần. Khi V =Vmax thì công lực cản có độ lớn bằng Wdmax của electron quang điện nên electron không còn bứt ra.

Ta có:

1.Lượng tử năng lượngε=h.f=h.cλε=h.f=h.c/λVới: h = 6,625.10-34 J.s: hằng số Plăng f: tần số của ánh sáng đơn sắc c = 3.108 m/s: tốc độ của ánh sáng trong chân không λλ (m): bước sóng của ánh sáng trong chân không

2. Công suất bức xạ P=Nε=N.h.f=N.hcλP=Nε=N.h.f=N.hc/λP (W): Công suất bức xạN: số photon phát ra trong 1s

3. Hiệu suất lượng tử H=n/NVới n là số electron bật ra trong 1s

4. Giới hạn quang điệnλ0=hcAλ0=hcAVới A là công thoát của electron khỏi kim loạiA (J) ⇒ 1eV = 1,6.10-19 J

5. Công thức Anhxtanh Năng lượng 1 photon εε: Q + A + Eđo ⇒ εε = Q + A + EđoĐối với electron ở bề mặt kim loại ⇒ Q = 0; Eđo max

Với m = me = 9,1.10-31 kg: khối lượng electron

VD1: Một nguồn sáng chỉ phát ra ánh sáng đơn sắc có f = 5.1014 Hz. Số photon nguồn phát ra trong mỗi giây bằng 3.1019 hạt. Tìm công suất bức xạ của nguồn?Giải:P=N.ε=N.h.fP=N.ε=N.h.f⇒ P = 3.1019.6,625.10-34.5.1014 = 9,9375 W

VD2: Chiếu chùm bức xạ có bước sóng 0,18 μμm vào bề mặt một miếng kim loại có giới hạn quang điện 0,3 μμm. Cho rằng năng lượng của mỗi photon được dùng để cung cấp công thoát electron phần còn lại biến hoàn toàn thành động năng. Tìm vận tốc cực đại của các electon?Giải: