Giáo án vạt lý - Tiết 73:thuyết lượng tửvà các định luật quang điện

TIẾT 73: THUYẾT LƯỢNG TỬ VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN I. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: A. Trọng tâm: - Ba định luật quang điện; Thuyết lượng tử và khái niệm photon; công thức Einstein về hiện tượng quang điện; khái niệm lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng. B. Kỹ năng: - Vận dụng Thuyết lượng tử để giải thích các định luật quang điện. - Giải các bài toán đơn giản về hiện tượng quang điện (tính giới hạn quang điện, tính công thoát, áp dụng công thức Einstein về hiện tượng quang điện, áp dụng công thức E = hf) C. Phương pháp: Diễn giảng, pháp vấn, gợi mở. II. CHUẨN BỊ: Học sinh xem Sgk. III. TIẾN HÀNH LÊN LỚP: A. Ổn định: B. Kiểm tra: Trình bày thí nghiệm với tế bào quang điện và nêu những kết quả của nó? C. Bài mới: PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG I. Nhắc lại ở bài hiện tượng quang điện: 1. Để xảy ra được hiện tượng quang điện thì bước sóng của chùm ánh sáng kích thích phải có giá trị như thế nào? (l ánh sáng kích thích  l0) - Với mỗi kim loại khác nhau có giá trị l0 như thế nào? (có giá trị l0 là khác nhau) I. CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN: (Học Sgk trang 190-191) 1. Định luật1: - Với mỗi kim loại dùng làm Katod có một bước sóng giới hạn l0 và gọi là giới hạn quang điện. - Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi l  l0 2. I quang điện bảo hòa phụ thuộc đại lượng nào? (Iqđbh ~ Ichùm ánh sáng kích thích ) 2. Định luật 2: Khi l  l0 thì Iqđ bão hòa tỉ lệ I ánh sáng kích thích 3. - Khi bật ra khỏi kim loại, mỗi e- quang điện có một vận tốc ban đầu v0  năng lượng mà e- thu được lớn nhất khi nó chuyển động trong điện trường = ? - Để e- dừng lại thì điện trường sinh công cản có giá trị như thế nào? ( 2 . 2 max.0 Vm eU h  ) - Mà giá trị của Uh phụ thuộc đại lượng nào? (bước sóng ánh sáng kích thích) mà bước sóng ánh sáng kích thích phụ thuộc kim loại 3. Định luật 3: Động năng ban đầu cực đại của các e- quang điện Eđmax không phụ thuộc vào cường độ chùm ánh sáng kích thích, mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại làm Katod. Lưu ý: để dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn thì công cản của điện trường = động năng ban đầu cực đại của các e- quang điện. Vậy: làm Katod)=> Uh phụ thuộc vào l ánh sáng kích thích và bản chất kim loại làm Katod) 2 . 2 max.0 Vm eU h  II. Nếu dùng tính chất sóng của ánh sáng để giải thích các định luật quang điện thì: khi ánh sáng chiếu vào Katod thì “điện trường biến thiên của sóng ánh sáng” sẽ làm cho các e- dao động mạnh. Nếu I ánh sáng kích thích lớn thì điện trường đó càng mạnh  e- dao động mạnh  bật ra khỏi kim loại  dòng quang điện => bất kỳ ánh sáng nào cũng gây ra được hiện tượng quang điện, miễn là I ánh sáng kích thích lớn. => định luật 1 bị mâu thuẫn  vì vậy, Plank đưa ra “Thuyết lượng tử”. * Ví dụ: l ánh sáng tím = 0,4. 10-6m, thì lượng tử của nó là: E = hf = h  C = 4,965.10-19J Vậy: - Mỗi lượng tử (E = hf) là rất nhỏ nhưng với một chùm ánh sáng (dù I ánh sáng yếu) lại chứa một lượng rất lớn các lượng tử) => do đó, ta thấy ánh sáng là liên tục. II THUYẾT LƯỢNG TỬ: Nội dung: Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục, mà thành từng phần, riêng biệt, đứt quãng. Mỗi phần đó mang một năng lượng hoàn toàn xác định, có độ lớn E = hf. Với: f: tần số của ánh sáng mà nó phát ra (f =  C =  810.3 ) h: hằng số Plank (h = 6,625.10-34 J.s) - Mỗi phần đó (E = hf = h.  C ) là một lượng tử ánh sáng hay là 1 photon - Khi truyền đi, thì các lượng tử không bị thay đổi, không phụ thuộc khoảng cách (kể cả các ngôi sao ở rất xa) III. Vậy, theo Thuyết lượng tử thì chùm ánh sáng chính là một chùm photon (chùm hạt ánh sáng). Dựa vào đó Einstein cho rằng khi một photon tới kim loại, nó truyền năng lượng E = hf cho e- và làm bứt ra e- đó. ĐL1: để e- bị bứt ra thì: năng lượng mà e- hấp thụ E = hf phải như thế nào với công A mà e- thoát ra? ĐL2: dòng quang điện là dòng chuyển dời III. GIẢI THÍCH CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN: 1. Giải thích định luật 1: Đối với mỗi kim loại làm Katod khi hấp thụ một photon có năng lượng E = hf thì có 1 e- quang điện bị bứt ra => thì năng lượng hấp thụ >> công A để bứt e- ra khỏi kim loại (A: công thoát). Nghĩa là: hf >> A => h  C >> A => h A C >> l Đặt: l0 = A hc , Vậy: l0 >> l 2. Giải thích định luật 2: - Iqđbh ~ số e- bật ra khỏi Katod - Số e- bật ra khỏi Katod trong 1 đơn vị tn ~ (*) của e-  I qđbh như thế nào với số e- bật ra khỏi Katod? (~) Mà để bứt ra được 1 e- thì phải hấp thụ được một photon  trong 1 đơn vị thời gian; số e- được bứt ra như thế nào số photon chiếu tới? (~) + Số photon như thế nào với Ichùm ánh sáng? (~) => Kết luận: Iqđbh như thế nào Iá s kích thích ? (~) ĐL3: năng lượng photon E = hf truyền cho e- có 2 tác dụng: - sinh công thoát A để tách e- - Truyền động năng cho e-: Eđmax => E = ? số photon đến Katod trong khoảng thời gian đó. - Số photon đến Katod ~ với cường độ chùm ánh sáng => Iqđbh ~ cường độ chùm ánh sáng kích thích. 3. Giải thích định luật 3: Khi kim loại Katod hấp thụ hoàn toàn photon chiếu tới, mỗi photon hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng E = hf cho một e-. Năng lượng hấp thụ này có 2 tác dụng: - Sinh công A (công thoát) để tách e- ra khỏi kim loại. - Truyền cho e- động năng ban đầu cực đại: Eđmax. Vậy: E = A + Eđmax => Eđmax = E – A Hay: Eđmax =  hc - A =  hc - 0  hc Công thức (*) gọi là công thức Einstein. IV. Ta biết ánh sáng có tính chất là sóng điện từ được thể hiện bởi hiện tượng giao thoa, tán sắc… Để giải thích được hiện tượng quang điện thì ánh sáng lại có tính hạt. => Ánh sáng vừa có tính sóng, vừa có tính hạt IV. LƯỠNG TÍNH SÓNG – HẠT CỦA ÁNH SÁNG: Ánh sáng trong hiện tượng: - giao thoa:  ánh sáng có tính chất sóng - quang điện  ánh sáng có tính chất hạt Vậy: ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt. D. Củng cố: Nhắc lại: - Nội dung và giải thích 3 định luật quang điện. - Nội dung của thuyết lượng tử E. Dặn dò: - BTVN 3, 4, 5 Sgk trang 195 - Chuẩn bị tiết sau “Bài tập”