Bài giảng Vật lý đại cương - Phạm Thị Mai

i là hiện tượng quang điện, các electron bắn ra được gọi là electron quang điện. 2) Thí nghiệm về hiện tượng quang điện - Hiện tượng - Kết luận 3) Các định luật quang điện: + Định luật thứ nhất (giới hạn quang điện): + Định luật thứ hai (cường độ dòng quang điện bão hoà): Khi I bh tỉ lệ với cường độ của ánh sáng kích thích. + Định luật thứ ba (động năng ban đầu cực đại): tỉ lệ với Thuyết phôton của Anhxtanh : Bức xạ điện từ gồm vô số các hạt gọi là lượng tử ánh sáng hay phôton. Với mỗi bức xạ điện từ đơn sắc nhất định, các phôton đều giống nhau và mang một năng lượng xác định bằng Trong mọi môi trường và trong chân không các phôton truyền đi với cùng vận tốc C = 3..10 8 m/s. Khi một vật hấp thụ hay bức xạ điện từ thì có nghĩa là hay hấp thụ hay phát ra phôton. Cường độ của chùm bức xạ tỉ lệ với số phôton phát ra từ nguồn trong cùng một đơn vị thời gian Giải thích các định luật quang điện: Công thức Anhxtanh: Giải thích các định luật: + Để xảy ra hiệu ứng quang điện thì năng lượng mỗi electron nhận được tối thiểu phải bằng công thoát: + Cường độ dòng quang điện bão hoà(Ibh ) tỉ lệ với số hạt electron chuyển động thành dòng, số hạt này tỉ lệ với số hạt phôton chiếu vào chất bị rọi, mà số hạt phôton lại tỉ lệ với cường độ của chùm bức xạ kích thích. Theo tính chất bắc cầu thì suy ra: cường độ dòng quang điện bão hoà(ibh )tỉ lệ với cường độ của chùm bức xạ kích thích. + Theo công thức Anhxtanh thì động năng ban đầu chỉ còn tỉ lệ nghịch với bước sóng của ánh sáng kích thích. ứng dụng của hiệu ứng quang điện: Chế tạo các linh kiện bán dẫn loại quang điện, như điện trở quang điện (quang trở), điốt quang điện. Chế tạo các nguồn quang điện, như pin quang điện( pin mặt trời)... CÂU HỎI THẢO LUẬN VÀ BÀI TẬP QUANG ĐIỆN Vẽ và giải thích đồ thị biểu diễn đường đặc trưng Vôn – Am pe ? Giải thích ba định luật quang điện, nêu ứng dụng của HTQĐ BÀI TẬP Ca tốt của một tế bào quang điện làm bằng kim loại có giới hạn quang điện là 0,66 µm. Chiếu vào ca tốt ánh sáng có bước sóng 0,33 µm. Tính hiệu điện thế hãm cần đặt vào giữa ca tốt và Anốt của tế bào đó để dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn. Phần thứ hai: Vật lí nguyên tử và hạt nhân r q j z x y 2.1. Cấu trúc nguyên tử - Đơn vị khối lượng nguyên tử Cấu trúc nguyên tử Bao gồm: Giữa là hạt nhân mang điện tích dương, xung quanh là các electron chuyển động. Điện tích của hạt nhân bằng +Ze và điện tích tổng cộng của các electron xung quanh hạt nhân là -Ze, bình thường nguyên tử ở trạng thái trung hoà về điện. Chuyển động của electron trong nguyên tử hiđrô * Nguyên tử hiđrô là nguyên tử đơn giản nhất có điện tích dương của hạt nhân là +e và một electron có điện tích -e chuyển động xung quanh.Sự tương tác giữa hạt nhân và electron là lực hút tĩnh điện giữa hai điện tích trái dấu.Thế năng tương tác giữa hạt nhân và electron là: *Vị trí của electron trong chuyển động được xác định bởi ba toạ độ r, q, j trong toạ độ cầu như hình vẽ. Hàm sóng (y ) diễn tả trạng thái của electron sẽ là hàm của các biến số này: y=y(r, q, j). * Lý thuyết nghiên cứu về trạng thái của electron trong nguyên tử hiđrô cho thấy rằng:Electron có thể xuất hiện ở bất kì vị trí nào xung quanh hạt nhân thuộc hình cầu có tâm tại hạt nhân,có bán kính: r = r0= 0,53.10-10 m ( gọi là bán kính của nguyên tử hiđrô). Năng lượng nguyên tử hiđrô Năng lượng trong nguyên tử Hiđrô: -Lí thuyết đã thành lập được biểu thức năng lượng của nguyên tử hiđrô: R là hằng số Ritbe, được xác định R=3,27. 1015 s-1 , n là số lượng tử. -Với công thức trên, thì năng lượng của nguyên tử hiđrô bị lượng tử hoá thành các mức khác nhau . -Sơ đồ mức năng lượng của electron trong nguyên tử hiđrô phụ thuộc vào số nguyên n (số lượng tử n). Năng lượng bao gồm một mức thấp nhất gọi là mức cơ bản (n=1) và các mức năng lượng kích thích cao hơn mức cơ bản (n=2=...=6) 2- Thuyết lượng tử của Bo về nguyên tử Hiđrô: Bình thường thì nguyên tử hiđrô ở trạng thái bền vững có mức năng lượng thấp nhất (mức cơ bản), vì lí do nào đó được kích thích ( nhận thêm năng lượng ), nó sẽ chuyển lên mức năng lượng cao hơn (mức kích thích), nguyên tử tồn tại ở trạng thái kích thích không lâu mà chỉ cỡ 10-8 s thì lại nhảy về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn, quá trình nhảy đó sẽ phát ra quang phổ vạch. Quang phổ vạch của hydro:G án papoi Đơn vị khối lượng nguyên tử Các hạt vi mô có kích thước và khối lượng rất nhỏ, nên khi tính khối lượng các hạt vi mô người ta dùng đơn vị đặc biệt nhỏ (u) gọi là đơn vị khối lượng nguyên tử. Định nghĩa đơn vị u: khối lượngnguyên tử các bon Quy đổi đơn vị (u) ra các đơn vị khác: + Khối lượng của một hạt nhân các bon , do vậy 1u=1,66055.10 - 27 kg. + Theo hệ thức Anhxtanh W=m.c2 , do vậy khi khối lượng hạt vi mô bằng 1u thì năng lượng tương ứng của hạt là Từ đó suy ra 1u=1,66055.10 - 27 kg.= Lưỡng tính sóng hạt của hạt vi mô Dựa trên cơ sở lưỡng tính sóng hạt của của ánh sáng, nhà bác học Đơbơrơi đã suy rộng tính chất đó đối với electron và sau đó đối với mọi hạt vi mô. Nội dung giả thuyết được phát biểu: Một hạt vi mô tự do có năng lượng xác định, động lượng xác định tương ứng với một sóng phẳng đơn sắc xác định: Năng lượng của hạt liên hệ với tần số tương ứng theo hệ thức: Động lượng của hạt vi mô liên hệ với bước sóng của sóng tương ứng theo hệ thức Các thực nghiệm về sự nhiễu xạ của chùm electron qua khe hẹp, hoặc sự tán xạ của chùm electron trên bề mặt tinh thể đã chứng minh được sự đúng đắn của giả thuyết Đơbrơi, và một lần nữa đã khảng định lưỡng tính sóng hạt không chỉ đúng với ánh sáng, mà còn đúng với các hạt vi mô. 2.2. Cấu trúc Hạt nhân Các quy luật vận động của các hạt vi mô Cấu trúc hạt nhân Bao gồm các hạt prôton và các hạt nơtrôn(được gọi chung là nuclon) cấu tạo nên. + Hạt prôton (ký hiệu p) mang điện tích nguyên tố +1.6.10-19 C, có số lượng bằng số Z. + Hạt nơt rôn (ký hiệu n) không mang điện tích, có số lượng bằng A-Z A là số khối và Z là số điện tích trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Kí hiệu hạt nhân: ( Với X là kí hiệu tên hạt nhân ) Năng lượng liên kết của hạt nhân Lực hạt nhân: Các nuclon trong hạt nhân liên kết với nhau rất vững chắc bởi lực liên kết được gọi là lực hạt nhân. Lực hạt nhân rất mạnh và có bản chất khác hẳn với các lực hấp dẫn và lực điện từ mà ta đã biết. Vì lẽ đó, việc tiếp tục phân tách hạt nhân ra các phần nhỏ hơn để nghiên cứu đang là một vấn đề hết sức khó khăn. Năng lượng lên kết: Khái niệm: Bằng các phép đo chính xác, người ta đã chứng tỏ được khối lượng của hạt nhân bao giờ cũng nhỏ hơn khối lượng của các nuclon hợp thành. Sự hụt về khối lượng đó dẫn đến sự hụt về năng lượng nghỉ. Như vậy năng lượng nghỉ giảm đi khi hợp thành một hạt nhân từ các nuclon do sự liên kết giữa các hạt đó tạo ra, do đó gọi độ giảm năng lượng nghỉ là năng lượng liên kết. Biểu thức: Theo lập luận trên thì năng lượng liên kết giữa các hạt nuclon trong hạt nhân có trị số đúng bằng công cần thiết để tách hạt nhân thành các nuclon riêng biệt, ta có hệ thức sau: Vì khối lượng của nguyên tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân, do vậy một cách gần đúng ta có thể coi khối lượng của hạt nhân bằng khối lượng của nguyên tử tương ứng. Quy luật biến đổi của hạt nhân 1-Hiện tượng phóng xạ: Năm 1892 nhà bác học Beckơren làm thí nghiệm quan sát thấy muối uran và những hợp chất của nó phát ra các tia bức xạ gọi là tia phóng xạ. * Khái niệm: Hiện tượng hạt nhân của một số chất tự động phóng ra các bức xạ gọi là tia phóng xạ để trở thành hạt nhân của chất khác được gọi là hiện tượng phóng xạ. Các loại tia phóng xạ: + Tia an pha: Bản chất là hạt nhân nguyên tử hêli ().Tia an pha có khả năng Ion hoá không khí rất mạnh , khả năng đâm xuyên kém. + Tia bêta trừ có bản chất là hạt electron, tia bêta trừ có bản chất là hạt electron dương hay còn gọi là hạt poziton. Khả năng của hai tia này là Ion hoá không khí yếu , khả năng đâm xuyên mạnh. + Tia gama: bản chất là sóng điện từ có bước sóng cực ngắn. Tia này không có khả năng Ion hoá không khí, nhưng lại có khả năng đâm xuyên rất mạnh. t Nt O No 0,5 0,25 0,125 0,0315 0,0625 2-Định luật phóng xạ: Mỗi một chất phóng xạ được đặc trưng bằng chu kỳ bán rã T. Cứ sau một thời gian bằng một chu kỳ, thì 1/2 số hạt nhân của chất đó bị biến đổi thành hạt nhân của chất khác. Với l là hằng số phóng xạ + Đồ thị mô tả quá trình: Số hạt nhân của chất phóng xạ giảm dần tuân theo quy luật hàm mũ đối với thời gian. Trong trường hợp đặc biệt, nếu sau thời gian t=1/l thì số hạt nhân phóng xạ còn lại là Tiêu chuẩn đánh giá, xếp loại kết quả báo cáo thảo luận theo nhóm Loại A: Sản phẩm đóng góp giữ vai trũ quyết định chính trong kết quả của cả nhóm Loại B: Sản phẩm đóng góp giữ vai trũ quyết định trong kết quả của cả nhóm Loại C : Sản phẩm tham gia có giá trị đóng góp vào kết quả của cả nhóm Loại D: Có sản phẩm tham gia nhưng hiệu quả giá trị đóng góp chưa cao Loại E: không có sản phẩm tham gia đóng góp vào kết quả của cả nhóm Yêu cầu: Các nhóm đánh giá, xếp loại nghiêm túc không chấp nhận những nhóm chỉ xếp làm 2 loại Đề kiểm tra Phân biệt sự giống và khác nhau giữa hai hiện tượng giao thoa và hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng? hãy lấy ví dụ thực tế minh hoạ cho 2 hiện tượng này. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng trắng. khoảng cách giữa2 khe sáng a =1 mm,khoảng cách giữa mặt phẳng chứa 2 khe đến màn hứng ảnh D = 3m.Toàn bộ hệ thống được đặt trong không khí. Xác định xem tại vị trí vân sáng bậc 3 của ánh sáng màu đỏ có bước sóngl= 0,64m còn có vân sáng của những ánh sáng đơn sắc nào nằm trùng tại đó Thay nguồn sáng trắng bằng nguồn sáng đơn sắc có. l= 0,6m và đặt trước khe s1 một bản mỏng, trong suốt có 2 mặt song song, dày e=12m, chiết suất n=1,5.Hãy xác định độ dịch chuyển của vân giao thoa so với khi chưa đặt bản mỏng