TRNG THPT NGUYN VN TRI T VT L

TRƯỜNG THPT NGUYỄN VĂN TRỖI TỔ VẬT LÝ – CÔNG NGHỆ CHUYÊN ĐỀ THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN

NỘI DUNG CHÍNH I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN II. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG III. LƯỠNG TÍNH SÓNG – HẠT CỦA ÁNH SÁNG IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG

I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN 1. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện Dụng cụ: - Tấm kẽm tích điện âm - Tĩnh điện kế - Ánh sáng hồ quang Kết quả: Ánh sáng hồ quang đã làm các êlectron bị bật khỏi tấm kẽm

I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN 2. Định nghĩa hiện tượng quang điện Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện. 3. Nếu chắn chùm sáng hồ quang bằng thủy tinh Do thủy tinh hấp thụ tia tử ngoại và hiện tượng quang điện không xảy ra tia tử ngoại gây ra hiện tượng quang điện trong thí nghiệm trên. Có phải ánh sáng nào cũng gây ra hiện tượng quang điện hay không? Vậy, điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện là gì?

I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN 4. Định luật về giới hạn quang điện Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện 0 của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện. ≤ 0 Giới hạn quang điện 0 của mỗi kim loại là đặc trưng riêng cho kim loại đó.

Ta đã biết, ánh sáng có tính chất sóng điện từ. Vậy hiện tượng Theo thuyết sóng điện từ, khi sóng điện từ lan quang điện xảy ra gặp mâu thuẫn với truyền đến kim loại thì sẽ làm êlectrong thuyết sóng ánh kim loại dao động, nếu cường độ ánh sáng kích sáng. thích đủ lớn thì êlectron sẽ bị bật ra, bất kể nó có bước sóng bao nhiêu. Đi tìm lý thuyết mới

II. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1. 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 và bằng hf; trong đó f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra; còn h là một hằng số. 2. Lượng tử năng lượng = h. f Trong đó: f : tần số ánh sáng bị hấp thụ hay phát xạ. h : hằng số Plăng (h = 6, 625. 10 -34 J. s).

II. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 3. Thuyết lượng tử ánh sáng - Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là photon. - Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf. - Phôtôn bay với tốc độ c = 3. 108 m/s dọc theo các tia sáng. - Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn. Lưu ý: Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.

II. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 4. Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng - Khi chiếu ánh sáng kích thích tới bề mặt kim loại, sẽ có sự hấp thu trọn vẹn từng phôtôn. Mỗi phôtôn khi bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho 1 êlectron. - Công để “thắng” lực liên kết gọi là công thoát (A). - Để hiện tượng quang điện xảy ra:

Vậy bản chất của ánh sáng là gì? - Ánh sáng có tính chất sóng được thể hiện rõ qua hiện tượng giao thoa ánh sáng, hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng, … - Ánh sáng cũng có tính chất hạt được thể hiện rõ qua hiện tượng quang điện, khả năng đâm xuyên, … Ánh sáng có tính chất lưỡng tính sóng - hạt. Lưu ý: Dù tính chất nào của ánh sáng thể hiện ra thì ánh sáng vẫn có bản chất là điện từ.

III. LƯỠNG TÍNH SÓNG – HẠT CỦA ÁNH SÁNG CÓ LƯỠNG TÍNH SÓNG – HẠT dài ngắn Tính chất sóng Hiện tượng giao thoa Hiện tượng nhiễu xạ Tính chất hạt Khả Hiện năng đâm tượng xuyên quang điện Tác dụng ion hóa Tác dụng phát quang

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 1. Chất quang dẫn Không bị chiếu sáng Bị chiếu sáng thích hợp Dẫn điện kém Dẫn điện tốt Chất quang dẫn là chất bán dẫn có tính chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành dẫn điện tốt khi bị chiếu sáng thích hợp.

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 2. Hiện tượng quang điện trong Hãy quan sát hiện tượng xảy ra khi chiếu chùm ánh sáng vào chất bán dẫn Si

Chu m a nh sa ng Hãy giải thích hiện tượng xảy ra. e dẫn Si Si Si Lỗ trống Si Si

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 2. Hiện tượng quang điện trong • Chưa bị chiếu sáng → e liên kết với các nút mạng → không có e tự do → cách điện. • Bị chiếu sáng → mỗi photôn truyền năng lượng cho e liên kết. • Nếu năng lượng e nhận được đủ lớn → giải phóng e dẫn (lỗ trống) → tham gia vào quá trình dẫn điện→ trở thành chất dẫn điện. Ánh sáng thích hợp electron dẫn lỗ trống

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 2. Hiện tượng quang điện trong Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectron liên kết để cho chúng trở thành các êlectron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện, gọi là hiện tượng quang điện trong. C 1. So sánh độ lớn của giới hạn quang dẫn với độ lớn của giới hạn quang điện và đưa ra nhận xét.

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 2. Hiện tượng quang điện trong Bảng năng lượng kích hoạt và giới Bảng công thoát và giới hạn quang điện ngoài của một số chất. hạn quang dẫn của một số chất. Chất λ 0 (µm) Ge Ge 1, 88 -20 10, 57. 10 -20 Si. Si 1, 11 -20 -20 17, 9. 10 Pb. S Cd. S Pb. Se 4, 14 0. 9 5, 65 4, 08. 10 -20 -20 4, 08. 10 22, 08. 10 -20 22, 08. 10 -20 3, 52. 10 Pb. Se 5, 65 A (J) 3, 52. 10 -20 Chất λ 0 (µm) A (J) Ag 0, 26 76, 44. 10 -20 Cu 0, 3 66, 25. 10 -20 Al 0, 36 55, 21. 10 -20 Na 0, 5 39, 75. 10 -20 K 0, 55 36, 14. 10 -20 λ 0 qd > λ 0 qđ vì năng lượng kích hoạt các electron liên kết để cho chúng trở thành các e dẫn nhỏ hơn công thoát để bứt các electron ra khỏi kim loại.

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 3. Quang điện trở - Khái niệm: là một điện trở làm bằng chất quang dẫn. - Cấu tạo: gồm một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện. Chất quang dẫn Đế cách điện Các điện cực

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 3. Quang điện trở - Hoạt động: + Khi không được chiếu sáng: Điện trở lớn (cỡ MΩ) + Khi được chiếu sáng: Điện trở nhỏ (cỡ vài chục Ω) - Ứng dụng: Cảm biến ánh sáng Mạch báo động Cửa tự động

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 3. Quang điện trở Camera hồng ngoại Đèn đường đóng ngắt tự động

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 4. Pin quang điện - Khái niệm: Pin quang điện là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng, nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. - Hiệu suất của pin quang điện chỉ khoảng trên dưới 10%. - Cấu tạo: Lớp kim loại mỏng Lớp bán dẫn loại p Lớp bán dẫn loại n Đế kim loại + Một tấm bán dẫn loại n bên trên có phủ một lớp bán dẫn loại p. + Trên cùng là một tấm kim loại rất mỏng. Dưới cùng là một đế kim loại. Các kim loại này đóng vai trò là các điện cực.

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 4. Pin quang điện - Hoạt động: + Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang điện vào lớp kim loại mỏng thí ánh sáng sẽ xuyên qua lớp này vào lớp p, gây ra hiện tựợng quang điện trong. + Electron dễ dàng qua lớp chặn xuống bán dẫn loại n, còn lỗ trống thì bị giữ lại. + Kết quả là điện cực kim loại mỏng ở trên trở thành điện cực dương, còn đế kim loại ở dưới sẽ trở thành cực âm của pin. + Nếu ta nối hai điện cực bằng một dây dẫn thông quan điện kế thì ta thấy có dòng quang điện chạy từ cực dương sang cực âm.

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 4. Pin quang điện - Ứng dụng Cung cấp điện sinh hoạt Dự án tại xã Thượng Trạch, Bố Trạch, Quảng Bình. Công suất 11 k. W, trị giá 160. 000 USD. Dự án do quỹ Suez Foundation tài trợ Pin mặt trời cho quần đảo Trường Sa. Trên quần đảo hiện có hơn 4. 000 tấm pin mặt trời

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 4. Pin quang điện - Ứng dụng Sử dụng cho các vệ tinh , tàu thám hiểm Sử dụng cho các phương tiện giao thông

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 4. Pin quang điện - Ứng dụng Chiếu sáng công cộng – đèn giao thông

IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 4. Pin quang điện - Ứng dụng Các sản phẩm tiêu dùng

CỦNG CỐ Câu 1. Theo thuyết lượng tử ánh sáng thì năng lượng của A. một phôtôn bằng năng lượng nghỉ của một êlectrôn. B. một phôtôn phụ thuộc vào khoảng cách từ phôtôn đó tới nguồn phát ra nó. C. các phôtôn trong chùm sáng đơn sắc bằng nhau. D. một phôtôn tỉ lệ thuận với bước sóng ánh sáng tương ứng với phôtôn đó.

CỦNG CỐ Câu 2. Hiện tượng quang điện ngoài là hiện tượng êlectron bị bứt ra khỏi tấm kim loại khi A. chiếu vào tấm kim loại này một chùm hạt nhân heli. B. chiếu vào tấm kim loại này một bức xạ điện từ có bước sóng thích hợp. C. cho dòng điện chạy qua tấm kim loại này. D. tấm kim loại này bị nung nóng bởi một nguồn nhiệt.

CỦNG CỐ Câu 3. Pin quang điện là nguồn điện, trong đó A. hóa năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. B. quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. C. cơ năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. D. nhiệt năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.

CỦNG CỐ Câu 4. Giới hạn quang điện của đồng là 0, 30 μm. Trong chân không, chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng λ vào bề mặt tấm đồng. Hiện tượng quang điện không xảy ra nếu λ có giá trị là A. 0, 40 μm. B. 0, 20 μm. C. 0, 25 μm. D. 0, 10 μm.

CỦNG CỐ Câu 5. Công thoát êlectron của một kim loại là 7, 64. 10 -19 J. Chiếu lần lượt vào bề mặt tấm kim loại này các bức xạ có bước sóng là 1 = 0, 18 m, 2 = 0, 21 m và 3 = 0, 35 m. Lấy h = 6, 625. 10 -34 J. s, c = 3. 108 m/s. Bức xạ nào gây được hiện tượng quang điện đối với kim loại đó? A. Hai bức xạ ( 1 và 2). B. Không có bức xạ nào trong ba bức xạ trên. C. Cả ba bức xạ ( 1 , 2 và 3). D. Chỉ có bức xạ 1.

CHÚC CÁC EM HỌC TỐT NHÉ