Chuyên đề Về lượng tử ánh sáng

l1 và l2. Bước sóng dài thứ hai thuộc dãy Lai-man có giá trị là A. . B. . C. . D. . 14. Trong một thí nghiệm, hiện tượng quang điện xảy ra khi chiếu chùm sáng đơn sắc tới bề mặt tấm kim loại. Nếu giữ nguyên bước sóng ánh sáng kích thích mà tăng cường độ của chùm sáng thì A. số lectron bật ra khỏi tấm kim loại trong một giây tăng lên. B. động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện tăng lên. C. giới hạn quang điện của kim loại bị giảm xuống. D. vận tốc ban đầu cực đại của các êlectron quang điện tăng lên. 15. Một nguồn phát ra ánh sáng có bước sóng 662,5 nm với công suất phát sáng là 1,5.10-4 W. Lấy h = 6,625.10-34 Js; c = 3.108 m/s. Số phôtôn được nguồn phát ra trong một giây là A. 5.1014. B. 6.1014. C. 4.1014. D. 3.1014. Đề thi ĐH – CĐ năm 2010 16. Khi êlectron ở quỹ đạo dừng thứ n thì năng lượng của nguyên tử hiđrô được tính theo công thức - (eV) (n = 1, 2, 3,…). Khi êlectron trong nguyên tử hiđrô chuyển từ quỹ đạo dừng n = 3 sang quỹ đạo dừng n = 2 thì nguyên tử hiđrô phát ra phôtôn ứng với bức xạ có bước sóng bằng A. 0,4350 μm. B. 0,4861 μm. C. 0,6576 μm. D. 0,4102 μm. 17. Một chất có khả năng phát ra ánh sáng phát quang với tần số f = 6.1014 Hz. Khi dùng ánh sáng có bước sóng nào dưới đây để kích thích thì chất này không thể phát quang? A. 0,55 μm. B. 0,45 μm. C. 0,38 μm. D. 0,40 μm. 18. Theo tiên đề của Bo, khi êlectron trong nguyên tử hiđrô chuyển từ quỹ đạo L sang quỹ đạo K thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ21, khi êlectron chuyển từ quỹ đạo M sang quỹ đạo L thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ32 và khi êlectron chuyển từ quỹ đạo M sang quỹ đạo K thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ31. Biểu thức xác định λ31 là A. l31 = . B. l31 = l32 - l21. C. l31 = l32 + l21. D. l31 = . 19. Theo mẫu nguyên tử Bo, bán kính quỹ đạo K của êlectron trong nguyên tử hiđrô là r0. Khi êlectron chuyển từ quỹ đạo N về quỹ đạo L thì bán kính quỹ đạo giảm bớt A. 12r0. B. 4r0. C. 9r0. D. 16r0. 20. Một kim loại có công thoát êlectron là 7,2.10-19 J. Chiếu lần lượt vào kim loại này các bức xạ có bước sóng λ1 = 0,18 μm, λ2 = 0,21 μm, λ3 = 0,32 μm và λ = 0,35 μm. Những bức xạ có thể gây ra hiện tượng quang điện ở kim loại này có bước sóng là A. λ1, λ2 và λ3. B. λ1 và λ2. C. λ2, λ3 và λ4. D. λ3 và λ4. 21. Khi chiếu chùm tia tử ngoại vào một ống nghiệm đựng dung dịch fluorexêin thì thấy dung dịch này phát ra ánh sáng màu lục. Đó là hiện tượng A. phản xạ ánh sáng. B. quang - phát quang. C. hóa - phát quang. D. tán sắc ánh sáng. 22. Theo thuyết lượng tử ánh sáng, phát biểu nào dưới đây là sai? A. Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn. B. Năng lượng của các phôtôn ánh sáng là như nhau, không phụ thuộc tần số của ánh sáng. C. Trong chân không, các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s. D. Phân tử, nguyên tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghỉa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn. 23. Một nguồn sáng chỉ phát ra ánh sáng đơn sắc có tần số 5.1014 Hz. Công suất bức xạ điện từ của nguồn là 10 W. Số phôtôn mà nguồn phát ra trong một giây xấp xỉ bằng A. 3,02.1019. B. 0,33.1019. C. 3,02.1020. D. 3,24.1019. 24. Nguyên tử hiđrô chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng En = -1,5 eV sang trạng thái dừng có năng lượng Em = -3,4 eV. Bước sóng của bức xạ mà nguyên tử hiđrô phát ra xấp xỉ bằng A. 0,654.10-7m. B. 0,654.10-6m. C. 0,654.10-5m. D. 0,654.10-4m. 25. Hiện tượng nào sau đây khẳng định ánh sáng có tính chất sóng? A. Hiện tượng giao thoa ánh sáng. B. Hiện tượng quang điện ngoài. C. Hiện tượng quang điện trong. D. Hiện tượng quang phát quang. * Đáp án: 1 D. 2 A. 3 C. 4 A. 5 A. 6 B. 7 C. 8 C. 9 B. 10 A. 11 C. 12 A. 13 B. 14 A. 15 A. 16 C. 17 A. 18 D. 19 A. 20 B. 21 B. 22 A. 24 B. 25 A. SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT * Các tiên đề Anhxtanh: - Tiên đề I: Các hiện tượng vật lí diễn ra như nhau trong hệ qui chiếu quán tính. - Tiên đề II: Tốc độ ánh sáng trong chân không là như nhau trong mọi hệ qui chiếu quán tính, không phụ thuộc vào phương truyền và không phụ thuộc vào tốc độ của nguồn sáng hay máy thu: c » 3.108 m/s. * Hệ quả của thuyết tương đối hẹp: - Sự co lại của độ dài: Khi một thanh có độ dài riêng l0 chuyển động dọc theo trục tọa độ của một hệ qui chiếu đứng yên K với vận tốc v thì chiều dài của nó trong hệ qui chiếu K sẽ là: l = l0. - Sự giãn ra của thời gian: Nếu có một hiện tượng xảy ra trong thời gian Dt0 trong hệ qui chiếu K’ đang chuyển động với vận tốc v so với hệ qui chiếu K đang đứng yên thì thời gian Dt xảy ra hiện tượng trong hệ qui chiếu đứng yên K sẽ là: Dt = > Dt0. Điều đó có nghĩa là thời gian để xảy ra một hiện tượng trong hệ qui chiếu chuyển động dài hơn thời gian xảy ra hiện tượng đó trong hệ qui chiếu đứng yên. - Khối lượng của vật chuyển động (khối lượng tương đối tính): m = ; với m0 là khối lượng nghĩ. Điều đó có nghĩa là khi vật chuyển động thì khối lượng của nó tăng lên. - Động lượng tương đối tính: = m= . * Năng lượng toàn phần của vật có khối lượng tương đối tính m: E = mc2 = . * Năng lượng nghĩ: E0 = m0c2. * Động năng của vật khối lượng nghĩ m0 chuyển động với vận tốc v: Wđ = mc2 – m0c2 = m0c2. * Với phôtôn: e = = mphc2 ð mph = ; m0ph = mph = 0 vì phôtôn chuyển động với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng hay nói cách khác không có phôtôn đứng yên. B. CÁC DẠNG BÀI TẬP * Các công thức: + Sự co lại của độ dài: l = l0; với l0 là chiều dài khi vật đứng yên, l là chiều dài khi vật chuyển động dọc theo trục trùng với chiều dài của nó với vận tốc v. + Sự giãn ra của thời gian: Dt = ; với Dt0 là thời gian xảy ra trong hệ qui chiếu chuyển động với vận tốc v, Dt là thời gian xảy ra trong hệ qui chiếu đứng yên. + Khối lượng tương đối tính: m = . + Động lượng tương đối tính: = m= . + Năng lượng nghĩ: E0 = m0c2. + Năng lượng toàn phần: E = mc2 = . + Động năng của vật khối lượng tĩnh m0 chuyển động với vận tốc v: Wđ = mc2 – m0c2 = m0c2. + Khối lượng tương đối tính của phôtôn: mph = . Động lượng tương đối tính của phôtôn: p = mphc = . * Phương pháp giải: Để tìm các đại lượng liên quan đến thuyết tương đối hẹp ta viết các biểu thức liên quan đến đại lượng cần tìm và các đại lượng đã biết từ đó suy ra và tính đại lượng cần tìm. * Bài tập minh họa: 1. Một vật có khối lượng nghỉ 60 kg chuyển động với tốc độ 0,6c (c là tốc độ ánh sáng trong chân không). Tính khối lượng tương đối tính của nó. 2. Một cái thước khi nằm yên dọc theo một trục tọa độ của hệ quy chiếu quán tính K thì có chiều dài l0 = 1 m. Khi thước chuyển động dọc theo trục tọa độ này với tốc độ v = 0,6c. Tính chiều dài của thước trong hệ K. 3. Một thanh kim loại mãnh có chiều dài 60 cm chuyển động dọc theo chiều dài của nó với tốc độ v = 0,8c. Tính độ co chiều dài của nó. 4. Sau 20 phút tính theo đồng hồ đo, đồng hồ gắn với hệ qui chiếu chuyển động với tốc độ v = 0,6c (c là tốc độ ánh sáng trong chân không) chạy chậm bao lâu so với đồng hồ gắn với hệ qui chiếu đứng yên? 5. Một hạt có động lượng tương đối tính lớn gấp hai lần động lượng cổ điển (tính theo cơ học newton).vTính tốc độ của hạt đó. Cho vận tốc của ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s. 6. Tính vận tốc của một hạt có động năng gấp đôi năng lượng nghĩ của nó theo vận tốc ánh sáng trong chân không. Cho vận tốc của ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s. 7. Tính khối lượng tương đối tính của phôtôn ứng với bức xạ có bước sóng l = 0,50 mm. Cho c = 3.108 m/s; h = 6,625.10-34 Js. 8. Tính động lượng tương đối tính của phôtôn ứng với bức xạ có bước sóng 0,60 mm. Cho h = 6,625.10-34 Js. 9. Tính tốc độ của một vật có năng lượng toàn phần lớn gấp 2 lần năng lượng nghĩ của nó. Cho c = 3.108 m/s. * Hướng dẫn giải và đáp số: 1. Ta có: m = = = 75 kg. 2. Ta có: l = l0 = l0 = 0,8 m. 3. Ta có: l = l0ð Dl = l0 – l = l0(1 - ) = 24 cm. 4. Thời gian chậm trong 20 phút (theo đồng hồ đo t0 = 1200 s): Dt = t – t0 = - t0 = t0(- 1) = 300 s = 5 phút. 5. Ta có: p = mv = v = 2m0v ð = ð v = c = 2,6.108 m/s. 6. Ta có: Wđ = mc2 – m0c2 = m0c2= 2m0c2 ð - 1 = 2 ð v = c = 2,83.108 m/s. 7. Ta có: mph = = 4,4.10-36 kg. 8. Ta có: pph = mphc = = 11.10-28 kgm/s. 9. Ta có: mc2 = c2 = 2m0c2 ð v = c = 2,6.108 m/s. C. MỘT SỐ CÂU TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP 1. Một vật có khối lượng nghỉ 60 kg chuyển động với tốc độ 0,6c (c là tốc độ ánh sáng trong chân không) thì khối lượng tương đối tính của nó là A. 75 kg B. 80 kg C. 60 kg D. 100 kg. 2. Một cái thước khi nằm yên dọc theo một trục tọa độ của hệ quy chiếu quán tính K thì có chiều dài riêng là . Với c là tốc độ ánh sáng trong chân không. Khi thước chuyển động dọc theo trục tọa độ này với tốc độ v thì chiều dài của thước đo được trong hệ K là A. . B. . C. . D. . 3. Một đồng hồ chuyển động thẳng đều với tốc độ v = 0,8c (với c là tốc độ ánh sáng trong chân không). Sau 12 phút (tính theo đồng hồ đó), đồng hồ này chạy chậm hơn đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên là A. 7,2 phút. B. 4,8 phút. C. 8 phút. D. 20 phút. 4. Một cái thước Có chiều dài 20 cm chuyển động dọc theo một trục tọa độ trùng với phương đặt thước với tốc độ v = 0,6c trong hệ qui chiếu quán tính (với c là tốc độ ánh sáng trong chân không). Độ co chiều dài của thước là A. 4 cm. B. 5 cm. C. 6 cm. D. 8 cm. 5. Một hình vuông cạnh 10 cm trong hệ qui chiếu O gắn liền với nó. Trong hệ qui chiếu O’ chuyển động với tốc độ 0,8c song song với một cạnh của hình vuông thì hình dạng và diện tích của hình sẽ là A. hình vông, 100 cm2. B. hình chữ nhật, 60 cm2. C. hình thoi, 60 cm2. D. hình thoi, 80 cm2. 6. Một hạt có động năng bằng năng lượng nghĩ của nó. Tốc độ của hạt đó là A. 2.108 m/s. B. 2,5.108 m/s. C. 2,6.108 m/s. D. 2,8.108 m/s. 7. Năm 25 tuổi, một người phi công vũ trụ xuất phát từ Trái Đất để đi thám hiểm ngôi sao A cách Trái Đất 10 năm ánh sáng, con tàu vũ trụ đi với tốc độ v = 0,8c. Khi đến sao A, anh ta bao nhiêu tuổi? A. 32 tuổi. B. 37,5 tuổi. C. 32,5 tuổi. D. 42,5 tuổi. 8. Chiều dài của con tàu vũ trụ đo được đúng bằng một nửa độ dài tĩnh của nó. Tốc độ của tàu vũ trụ đó đối với hệ qui chiếu của người quan sát là A. 0,132c. B. 0,356c. C. 0,642c. D. 0,866c. 9. Một electron chuyển động với tốc độ v = 0,5c thì năng lượng của nó sẽ tăng thêm bao nhiêu % so với năng lượng nghĩ. A. 10%. B. 15,5%. C. 25%. D. 32,5%. 10. Một electron chuyển động với tốc độ c. Khối lượng tương đối tính của electron bằng bao nhiêu? Cho khối lượng tĩnh của electron là 9,1.10-31 kg. A. 9,1.10-31 kg. B. 18,2.10-31 kg. C. 27,3.10-31 kg. D. 36,4.10-31 kg. Đáp án: 1 A. 2 B. 3 C. 4 A. 5 B. 6 C. 7 C. 8 D. 9 B. 10 C.