Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI
Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh
Mã số:
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI
CÁC DẠNG TOÁN
VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Người thực hiện:
NGUYỄN TRƯỜNG SƠN
Lĩnh vực nghiên cứu:
- Quản lý giáo dục :
- Phương pháp dạy học bộ môn : Vật lý
- Lĩnh vực khác:
Có đính kèm:
Mô hình Phần mềm Phim ảnh Hiện vật khác
Năm học: 2011 – 2012– 2013
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 1-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN:
1. Họ và tên : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN.
2. Ngày tháng năm sinh: 06 tháng 4 năm 1958
3. Nam, nữ:
Nam.
4. Địa chỉ: 255/41(số cũ 22F6), Khu phố I, Phường Long Bình Tân,
Thành phố Biên Hoà, Tỉnh Đồng Nai.
5. Điện thoại:
CQ: 0613.834289;
ĐTDĐCN:0903124832.
6. Chức vụ: Tổ trưởng tổ Vật lý – Công nghệ - Thể dục.
7. Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - Biên Hoà - Đồng Nai.
II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO:
- Học vị: Đại học.
- Chuyên ngành đào tạo: Vật lý.
III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC
* Năm 2004: giải nhì thi đồ dùng dạy học do Sở giáo dục đào tạo tổ
chức, đề tài: “Thí nghiệm sóng dừng trên dây.”
* Năm 2005: chuyên đề “ Tìm cực trị bằng bất đẳng thức Bunhiacốpxki”
* Năm 2006: chuyên đề “ Bài toán mạch cầu trở”
( cùng với Nguyễn Thùy Dương tổ Vật lý thực hiện).
* Năm 2007: chuyên đề “ Bài toán mạch đèn”.
* Năm 2008: chuyên đề “Phương pháp đồ thị giải bài toán vật lý”.
* Năm 2009 chuyên đề “Phân loại và cách giải các dạng bài toán mạch điện
xoay chiều, thiết bị điện , dao động và sóng điện từ”.
* Năm 2010 chuyên đề “Phân loại và cách giải các dạng toán về tính chất sóng
ánh sáng”.
* Năm 2011 chuyên đề “Phân loại và cách giải các dạng toán về Vật lý hạt
nhân nguyên tử”.
* Năm 2012: chuyên đề “Một số cách giải dạng toán cưc trị”.
* Năm 2013: chuyên đề “Phân loại và cách giải các dạng toán về Lượng tử
ánh sáng”.
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 2-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI
CÁC DẠNG TOÁN
VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
TÓM TẮT :
Chuyên đề đưa ra phân loại và cách giải các dạng toán về Lượng tử ánh sáng,
cùng những lời giải một số bài tập minh họa cơ bản, hay và khó
các bài tập luyện khá đa dạng cả hình thức tự luận và hình thức trắc nghiệm .
I.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Khoa học kỹ thuật đã có những tác động quan trọng góp phần làm thay đổi bộ mặt
của xã hội loài người, nhất là những ngành khoa học kỹ thuật cao. Vật lý học là bộ môn
khoa học cơ bản cũng đã góp phần đáng kể vào thành công đó.
Bộ môn Vật lý phổ thông là môn học có tính hấp dẫn. Tuy vậy, Vật lý là một môn
học khó vì cơ sở của nó là toán học. Bài tập vật lý lại rất đa dạng và phong phú,trong
phân phối chương trình số tiết bài tâp lại hơi ít. Chính vì thế, người giáo viên cần tìm ra
những phương pháp nhằm hỗ trợ cho học sinh học tập có hiệu quả. Việc phân loại các
dạng bài tập và hướng dẫn cách giải là việc làm rất cần thiết, giúp cho học sinh nhanh
chóng trả được các đề trắc nghiệm khách quan, theo yêu cầu đổi mới giáo dục về việc
đánh giá học sinh.
Trong chương trình Vật lý lớp12, bài tập về Quang lý khá đa dạng và khó. Qua
những năm đứng lớp tôi nhận thấy học sinh thường rất lúng túng trong việc tìm cách
giải các dạng bài tập toán này. Xuất phát từ thực trạng trên, qua kinh nghiệm giảng dạy,
tôi đã chọn đề tài:
PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
Đề tài này nhằm giúp học sinh khắc sâu những kiến thức lí thuyết qua một hệ thống
A thể nắm được cách giải và từ đó chủ
bài tập và phương pháp giải chúng, giúp các em có
động vận dụng các cách giải để có thể nhanh chóng giải các bài toán trắc nghiệm cũng
như các bài toán tự luận về Lượng tử ánh sáng.
i2đ
Đỏ
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN
i HỮUrCẢNH
r
1
1
2
i2t
- 3-
(n)
Tím
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG
TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
Trắng
B
II–TỔ CHỨC THỰC
HIỆNC ĐỀ TÀI
A.CƠ SỞ LÝ LUẬN
Bộ môn Vật lí bao gồm một hệ thống lí thuyết và bài tập đa dạng và phong phú.
Trong phân phối chương trình Vật lý lớp 12 bài tập về Lượng tử ánh sáng số tiết bài tập
lại ít so với nhu cầu cần nắm kiến thức của học sinh. Qua những năm đứng lớp tôi nhận
thấy học sinh thường rất lúng túng trong việc tìm cách giải các bài tập toán đa dạng này.
Mặt khác trong yêu cầu về đổi mới đánh giá học sinh bằng phương pháp trắc nghiệm
khách quan thì khi học sinh nắm được dạng bài và cách giải sẽ giúp các em nhanh
chóng làm được bài .
Xuất phát từ thực trạng trên, cùng một số kinh nghiệm giảng dạy, tôi đã chọn đề tài:
“Phân loại và cách giải các dạng toán về Lượng tử ánh sáng” .
Hiện tại cũng có nhiều sách tham khảo có trình bày về vấn đề này ở các góc độ khác
nhau.
Chuyên đề này trình bày một cách đầy đủ việc phân loại các dạng bài tập và hướng
dẫn cách giải có tính hệ thống, cùng với những nhận xét và chú ý, mong giúp các em
nắm sâu sắc ý nghĩa vật lý các vấn đề liên quan. Việc làm này rất có lợi cho học sinh
trong thời gian ngắn đã nắm được các dạng bài tập nắm được phương pháp giải và từ
đó học sinh có thể phát triển hướng tìm tòi lời giải mới cho các bài tương tự.
1.GIỚI HẠN NỘI DUNG
Chuyên đề đặt ra yêu cầu phân loại các dạng bài tâp, đưa ra cách giải cho từng
dạng bài tập đó và đưa ra những nhận xét và những chú ý giúp phát triển hướng tìm tòi
khác. Chuyên đề này muốn phần nào làm rõ được ý nghĩa vật lý của hiện tượng được
xem xét khi giải quyết các ví dụ minh họa ở những mức độ khác nhau cơ bản, hay và
khó.
2. NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ GỒM 2 PHẦN
* Phần 1: Phân loại và cách giải các dạng toán Lượng tử ánh sáng .
* Phần 2: Các bài tập minh họa vận dụng.
- Bài tập dạng tự luận có hướng dẫn giải.
- Bài tập dạng tự luận vận dụng.
- Bài tập dạng trắc nghiệm có đáp án.
3. PHẠM VI ÁP DỤNG
-Chuyên đề áp dụng cho chương trình Vật lý lớp 12, Chương: Lượng tử ánh sáng (cả
chương trình cơ bản và chương trình nâng cao)
-Chuyên đề áp dụng rất tốt trong luyện thi tốt nghiệp và luyện thi đại học, cao đẳng.
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 4-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
B . NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Phần I :
PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI
CÁC DẠNG TOÁN LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Dạng bài A: THUYẾT LƯỢNG TỬ
*CƠ SỞ GIÁO KHOA:
-Thuyết lượng tử năng lượng của Plăng: Lượng năng lượng mà mỗi lần 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; h là mô ôt hằng số, gọi là lượng tử năng
lượng.
Bức xạ có tần số f, bước sóng thì có lượng tử năng lượng: hf hc / .
trong đó h = 6,625.10-34J.s gọi là hằng số Plăng.
-Thuyết lượng tử ánh sáng của Anhxtanh:
1. Chùm ánh sáng là mô ôt chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn có
năng lượng xác định ε = hf = hc/ (f là tần số của ánh sáng đơn sắc tương ứng). Cường
đô ô của chùm sáng với tỉ lê ô với số phôtôn phát ra trong 1 giây.
2. Phân tử, nguyên tử, êlectrôn … phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghĩa là chúng
phát xạ hay hấp thụ phôtôn .
3. Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc đô ô c= 3.108m/s trong chân không.
Cách giải: * Năng lượng của phôtôn ε = hf = hc/λ.
Chủ Đề A1:Biết đặc trưng của phôtôn: tần số f, bước sóng của phôtôn, tìm các đặc trưng
lượng tử của phôtôn như năng lượng ε, khối lượng m , động lượng p.
* Động lượng của phôtôn
p mc
p.c mc 2 p
c
* Khối lượng của phôtôn m =ε/c2. ( Vì theo hệ thức năng lượng của Anhstanh ε = mc2)
Chủ Đề A2: Tính các đại lượng liên quan về lượng tử ánh sáng của vật bức xạ.
Cách giải:
+ Công suất nguồn bức xạ: P = nf. .
nf là số phôtôn của nguồn ánh sáng bức xạ trong 1 giây, ε là năng lượng của phôtôn.
+ Cường đô ô dòng quang điê ôn bào hoà: Ibh = ne.e
ne là số quang êlectron phát ra trong 1 giây; -e là điện tích của mỗi electrôn.
+ Hiê ôu suất quang điện hay hiệu suất lượng tử:
H
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
ne
n'f
.
- 5-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
+ Số phôtôn ánh sáng đến catốt trong 1 giây: nf’ = η.nf
η là số phần trăm ánh sáng đến catốt (thường cho η’ = 100%, nên nf = nf’).
Dạng bài B: HIỆN
TƯỢNG QUANG ĐIỆN
*CƠ SỞ GIÁO KHOA:
+Giới hạn quang điện 0 và công thoát A:
0
hc
hc
A
A
0 . Điều kiện để có hiện
tương quang điện xảy ra là ánh sáng kích thích có λ ≤ λ0 .
+ Năng lượng phôtôn hay lượng tử năng lượng ε =hf = hc/λ .
+ Công thức Anhxtanh :
hf
hc
1
2
A m.vomax
λ
2
+ Động năng ban đầu cực đại các quang elec trôn Wđ0max , vận tốc ban đầu cực đại của
1 2
Wđ 0max mv0max
2
quang electron: v0max :
+ Hiệu điện thế hãm Uh để dòng quang điện triệt tiêu
Wð0max
1 2
mv0 max eU h
2
.
+ Điều kiện để dòng quang điện triệt tiêu I =0 là UAK ≤ -Uh
+ Điện thế cực đại Vmax của quả cầu bằng kim loại( tấm kim loại )cô lập được chiếu bức
xạ λ < λ0 khá lâu :
Wđ 0 max
1 2
mv 0 max eVmax
2
H
+ Hiê ôu suất lượng tử (tính theo %):
ne
N
.100% e .100%
nf
Nf
. Số phôtôn Nf, nf phát ra
trong t(s) và 1s; Ne,ne số electron bứt ra khỏi catốt trong thời gian t(s) và 1s.
+Hằng số Plank: h = 6,625.10-34Js , tốc độ ánh sáng: c = 3.108m/s;
điện tích nguyên tố e = 1,6.10-19C; khối lượng electrôn m=9,1.10-31kg.
Đổi đơn vị của A, Wđ : 1eV = 1,6.10-19j ; A(eV) = A(j) / (1,6.10-19J/eV)
Chủ đề B1: Biết giới hạn quang điê ên 0 , tính công thoát A theo J hay eV .
Cách giải:
Áp dụng công thức :
0 (m)
hc
hc
A( J )
A( J )
0 (m)
. Chú ý đổi đơn vị A về jun.
Chủ đề B2: Cho hiê êu điê ên thế hãm Uh : Tìm Wđ0max hoă êc v0max.
Cách giải: - Ứng với hiệu điện thế 2 cực anốt A và catốt K: U AK ≤ - Uh thì dòng quang
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 6-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
điê ôn bị triê ôt tiêu I = 0 ; Uh gọi là hiê ôu điê ôn thế hãm.
- Khi UAK = - Uh , đô nô g năng ban đầu cực đại của electron quang điê nô bằng độ lớn
công của lực điê ôn trường cản:
Wd 0max
2
m.v0max
eU
. h
2
vomax
2eU
. h
m
Chủ đề B3: Cho Uh và của ánh sáng kích thích, tìm công thoát A .
Cách giải: Từ chủ đề B2 ta có
Wd 0max
Thay vào công thức Anhxtanh :
2
m.v0max
eU
. h
2
hc
1
hc
2
A m.vomax
A eU h
A eU
. h
λ
2
Vâ ôy:
Chủđề B4: Biết của ánh sáng kích thích, v0max của quang electrôn . Tìm 0 ?
hc
hc
1
2
A
A m.vomax
0
2
Cách giải: Từ công thức Anhxtanh : λ
mà
1
1 mv 2
hc
0 (m)
0max
A( j )
2hc
suy ra giới hạn quang điê nô
Chủ đề B5: Biết A( 0), của ánh sáng kích thích.Tính v0max của quang electron.
Cách giải: Áp dụng công thức Anhxtanh : = A + Wd0max =
Suy ra :
v o max
2 hc
( A)
m
h
c
c 1
2
h m.vomax
λ
λ0 2
2hc 1 1
( )
m 0
Chủ đề B6: Biết v0max và UAK . Tính vAmax vâ ên tốc lớn nhất của electron tới anốt.
Cách giải: + Cho vomax , UAK ; tính vâ ên tốc lớn nhất về tới anốt vAmax .
Theo định lí đô nô g năng : WđA – Wđ0 = A = e.UAK .
1
1
mv A2 max mv02max eU AK
2
Với các electrôn có v0max thì về tới Anốt cũng có vAmax: 2
(1)
Suy ra:
v A max vo max
2eU AK
m
Chú ý:* e là điê nô tích nguyên tố e = 1,6.10-19C, điê nô tích electrôn là (-e).
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 7-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
* Nếu UAK > 0 vAmax > v0max , e - được tăng tốc .
* Nếu UAK < 0 vAmax < v0max , e - bị hãm.
1 2
mv0max eU
. h
+ Cho UAK và Uh : tính vâ ên tốc lớn nhất về tới anốt vAmax .Thay 2
vào (1)
1 2
mv A max eU
. h eU AK
v
2e(U AK U h ) / 2
ta có: 2
. Suy ra: A max
Chủ đề B7: Biết v0max (hoă êc và A ). Tìm điều kiê ên của UAK để I=0
Cách giải: Hiê ôu điê ôn thế hãm: Uh = UKA > 0 thì dòng
quang điê ôn bắt đầu bị triê ôt tiêu I = 0. Khi đó đô nô g năng
ban đầu cực đại của quang electron điê ôn bằng với độ lớn
1
W0 d max mv 2 o max eU h
2
công của lực điê ôn trường cản:
W
c
1 hc
h A eU h U h d 0max ( A)
e
e
hay λ
I
Ibh
-Uh
O
UAK
Điều kiê ôn để không có electrôn nào về tới Anốt: UAK = -Uh .
Chủ đề B8: Số phôtôn nf trong 1 giây chiếu tới K từ nguồn sáng công suất P.
Tính ne số electron trong 1 giây bứt ra từ catốt và hiê êu suất lượng tử H ?
Cách giải: + Số phôtôn nf phát ra trong 1s: Năng lượng nguồn sáng phát ra: E = Pt .
E P.
nf
t
.
h.c
Công suất bức xạ:P=nf. ε=nf .hc/λ . Số phôtôn rọi vào catốt trong1s:
- Số electron bứt ra khỏi catốt trong thời gian 1s: Điê ôn lượng qua tế bào quang điện
N
I bh ne .e e .e
t
q = Ne.e = Ibht . Cường độ dòng quang điện bão hoà:
Ne số quang e- bứt ra trong t(s)và ne trong 1s là
H
ne
Ne
q I bh
.
t
t.e
e
ne
N
.100% e .100%
nf
Nf
- Hiê êu suất lượng tử (tính theo %):
.
Chủ đề B9: Tìm điê ên thế cực đại trên mă êt quả cầu kim loại cô lâ êp hay tấm
kim loại cô lập khi được chiếu bằng ánh sáng kích thích ; cho A (hoă êc 0 ).
Cách giải: + Nhâ ên xét hiện tượng :
- A là tấm kim loại hay quả cầu cô lâ pô điê ôn, ban đầu chưa nhiễm điện có điê ôn thế V=
0.
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 8-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
- Khi chiếu tấm kim loại đó bằng ánh sáng thích hợp λ ≤ λ 0. Các electrôn hấp thụ
phôtôn và bứt ra khỏi tấm A thành các quang electrôn. Tấm A này trở nên tích điê nô và
tích điê ôn dương tăng dần lên. Điê ôn thế của quả cầu cũng tăng lên .
- Điê ôn trường của A tích điê nô dương này cản trở chuyển đô nô g của các -e bứt ra, làm
đô nô g năng của nó giảm, vâ ôn tốc electrôn giảm dần.
- A đạt giá trị điê ôn thế Vm , khi đó các electrôn quang điê ôn bứt ra khỏi A đều bị lực
điê ôn trường kéo trở lại A; kể cả các electrôn có W0max đã tới nơi V=0. Khi đó, đô nô g
năng ban đầu cực đại của các e - quang điê nô bằng thế năng của điê ôn trường . Lúc này
xảy ra sự cân bằng đô nô g giữa số quang electrôn bứt ra từ A với số electrôn bị bắt trở về
tấm A; nên điê nô thế cũng như điê nô tích của tấm A không đổi. Vậy Vm là giá trị điê ôn thế
cực đại.
2
m.v0max
1 2
0
eVm eVm mv0max
2
2
+ Áp dụng định lí về đô êng năng:
Kết hợp công thức Anhxtanh :
mv02max
c
hc
1
h A
Vm ( A)
λ
2
e
+ Ghi chú : Khi Vmax nếu nối tấm kim loại với đất qua điê nô trở R thì cường đô ô dòng
điê ôn qua R là lớn nhất:
I max
V – Vđât Vm
U
m
=
R
R
R
Chủ đề B10: Choλ0, của ánh sáng kích thích, điê ên trường cản
r
Ec
. Tìm quãng
đường đi tối đa của electron quang điê ên đi ra khỏi catốt .
Cách giải:
Trong điện trường cản, các quang
- K
electron chịu lực cản có độ lớn: FC = EC.e đi tới B
ε
thì dừng lại vB=0. Gọi s=CB là đoạn đường lớn nhất
mà quang electrôn có vC= v0max đi được ra khỏi catốt. C -e v
vB=0
B
0max
1 2 1 2
mvB mv0max FC .s.cos1800 eEc s
2
Áp dụng định lí đô nô g năng 2
.
1 2
hc hc
mvo max
2
0
Áp dụng hê ô thức Anhstanh :
s
B O
x
hc 1 1
( )
eEc 0
Chủ đề B11: Cho biết ánh sáng kích thích; 0 hay A và UAK tìm bán kính
lớn nhất của hình tròn trên mă êt anốt mà các quang electron e- tới đâ êp vào A.
Cách giải: * Nhâ ên xét:
- Rọi bức xạ thích hợp( < 0) vào tâm OK của catốt K. Các e
bứt ra khỏi catốt từ OK có vâ ôn tốc v theo mọi hướng trong nửa
không gian trước catốt.
- Dưới tác dụng của lực điê nô trườngF catốt làm cho các eNgười thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
x
A
K
R
Mi
- 9-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
chuyển đô nô g theo các quĩ đạo cong khác nhau (như bài toán
ném ngangr và ném xiên) về anốt A.
-Các e- có v K chuyển đô nô g thẳng tới đâ pô vào OA của anốt A.
Các e- có v xiên góc với catốt chuyển đô nô g theo những parabol
đâ pô vào anốt tại các điểm Mi cách tâm OA một khoảng R = OAMi; do tính đẳng hướng
các e- tới anốt
A nằm trên một hình tròn tâm OA.
v
- Các e có //K sẽ tới anốt A ở điểm xa OAnhất trên đường tròn tâm OA bán kính Rmax .
* Chọn hê ê trục toạ đô ê Oxy:+Theo Ox e- không chịu lực.
+ Theo Oy e- chịu F lực điện có Gia tốc:
ay
F eE eU AK
m m
md
(bỏ qua P me g eE )
vox v0 sin x v0 .t. sin
(1)
ax 0;
eU AK
1 eU AK 2
a y md ; voy v0 cos y v0 .t.cos 2 . md .t (2)
Phương trình chuyển đô nô g
+Khi e- tới anốt y = d; x = OAMi. Bán kính lớn nhất Rmax= (x)max khi vomax và = 900;
R
1 eU AK 2
t max
(4)
d
t
(3)
v
2
md
0 max
từ (2)
; từ (1)
; kết hợp (3) và (4) suy ra
bán kính lớn nhất hình tròn vùng electron đâ pô tới A:
Rmax v0max .d .
2m
eU AK
Chủ đề B12: Khảo sát chuyển đô êng của các quang electron có v0max cho bay vào
r
từ trường đều có B . Biết ánh sáng kích thích, 0 ( hay A) của catốt.
r
r
r r
v0 B (v0 ; B ) 900
Cách giải: * Khi
;
:
+ Khi electron chuyểnr đô nô g vào
từ trường đều
r
r r
f
v
;
f
B
.
thì chịu lực Lorenxơ
f
+ Chiều của áp dụng qui tắc bàn tay trái .
f
f
v
+ Vì
nên chỉ làm thay đổi hướng vâ ôn tốc
O
r
mà không làm thay đổi đô ô lớn vâ ôn tốc, nên chuyển
động của electron trong từ trường là chuyển đô nô g
tròn đều bán kính r.
f
Lực đóng vai trò lực hướng tâm .
f Bqv
mv 2
mv
r
r
Bq
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 10-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
khi v0max
Bán kính
rmax
mv0max
Bq
(11);chu kỳ quay của e- là:
T
2 rmax
v0max
(12).
Tính v0max xem chủ đề B2 hay B5.
r r
(v0 ; B )
* Khi
≠ 900 :
r
r r
r v v sin
r v v cos
v
v
v
- Phân tích 0 : ox theo Ox B , ox 0
và oy theo Oy// B , oy 0
r
r
r
v
B
f
- Theo Ox B , electron có ox
nên chịu lực Lorenxơ .
Lực Lorenxơ có phương:
r
r r
f mp v ; B
r r
f v0 x
;
đóng vai trò lực hướng tâm chỉ làm
thay đổi rhướng vâ ôn tốc mà không làm thay đổi đô ô lớn vâ ôn tốc. Trên mặt phẳng vuông
góc với B , quỹ đạo của các quang electron trong từ trường là tròn và chuyển đô nô g là
2 rmax
mv
sin
T
rmax 0max
Bq
v0max .sin (14)
tròn đều. Từ (11)và (12)
(13);chu kỳ quay của e
r
f
- Theo Oy// B , electrôn không chịu lực Lorenxơ ; nên theo phương Oy e- chuyển
động thẳng đều vận tốc v0y .
r
- Vậy quỹ đạo electron chuyển động thực là đường xoắn lò xo trục song song với B ,
bán kính rmax không đổi tính theo (13):
rmax
mv0max sin
Bq
và bước xoắn không đổi tính theo công thức:
2 rmax
2 rmax
h v 0y .T v0max .cos .
v0max .sin
tan
h
2 mv0max cos
Bq
(14).
Chủ đề B13: Cho ánh sáng kích thích, 0 hay A. Khảo sát chuyển đô êng của
E
quang electron bay vào điê ên trường đều v0 E .
Cách giải: + Chọn hê ô trục Oxy: gốc O tại điểm
electron bắt đầu vào không gian tụ.
r
v
Ox dọc theo 0 song song bản tụ.
r
Oy v0 dọc theo đường sức điện .
Theo Oy elec trôn chịu lực điện có gia tốc a .
+Chọn gốc thời gian: t = 0 lúc e- bắt đầu vào tụ .
Chuyển đô êng theo Ox: electron không chịu lực,
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
y
+ + + + + + + +
Fa
v
0
O
E
E
+ + + +A
M
H
E
- - - - - - - - - - - - - - -K
- 11-
x
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
1
x x0 v0 xt axt 2 vot
2
chuyển đô nô g thẳng đều: vox = vo; ax = 0; x0 = 0
r
r
F
e
.
E
Chuyển đô êng theo Oy: electron chịu lực điê ôn trường
electron có gia tốc:
ay
r
F
(1)
r
E (vì qe < 0)
Fd e.E eU
.
U
; vì E
m m m.d
d ; U= UAK , d khoảng cách 2 bản tụ .
voy = 0 ; vy = ay.t ; y0 = 0
y y0 v0 y t
ayt 2
2
eUt 2
2md
(2)
eU x 2
y
2md v02 . Quan hệ y(x) là phương trình bâ ôc 2
Rút t từ (1) thế vào (2) ta có :
Quĩ đạo chuyển đô êng electrôn trong điê ên trường đều là một phần đường
Parabol.
Dạng bài C . ỐNG
RƠNGHEN VÀ TIA RƠNGHEN
*CƠ SỞ GIÁO KHOA
- Vâ nô tốc ban đầu v0 của electron bức xạ từ katốt thường rất nhỏ nên coi bằng không.
- Electron được gia tốc trong điện trường mạnh giữa anốt và katốt (U AK cỡ hàng ngàn
vôn), electron nhận được năng lượng A=eUAK và đạt vâ ôn tốc v tới đâ pô vào đối katốt Đ.
Áp dụng định lý về đô nô g năng : A=eUAK =
WdA Wd 0
1 2 1 2 1 2
mv mv0 mv
2
2
2
vì v0 ≈ 0.
Năng lượng này mô tô phần biến đổi thành nhiê ôt năng Q và phần còn lại biến thành năng
lượng εx của tia X.
Áp dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: A = Q+εx
Nên X < eUAK
hc
hc
hc
X
X < eU
eU AK Bước sóng nhỏ nhất của tia X: min eU
AK
Chủ đề C1: Ống Rơnghen, cho biết vâ ên tốc v của electron tới đối catốt .
Tính UAK hiệu điện thế giữa anốt với catốt.(và ngược lại)
Cách giải: Khi electrôn bắn ra từ Kchuyển đô nô g về đối âm cực Đ được gia tốc bởi
điê ôn trường. Công của lực điê nô trường chuyển thành đô nô g năng của elec tron khi tới
Đối catốt . Theo định lí về đô nô g năng : W = WđA –WđoK = (-e)UKA = eUAK
Vì v0 rất nhỏ nên gần đúng Wđ0K 0 → WđA = mv2/2 = e.UAK
Vậy biết UAK tính được
v
2eU AK
mv 2
U AK
m
2e
; hay biết v tính được
Chủ đề C2: Tia Rơnghen : Cho v electron tới đối catốt hoă êc UAK.
Tìm
tần
số fHỮU
ê bước sóng min của tia X .
max hoă
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường
THPH
NGUYỄN
CẢNH c
- 12-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
Cách giải: + Khi electrôn bắn ra từ K chuyển đô nô g về đối âm cực Đ được gia tốc bởi
điê ôn trường rất mạnh của UAK > 0 nên tới Đ có Wđ rất lớn.
+ Áp dụng định lí về đô nô g năng : W = WđA –Wđ0 = e.UAK
Vì e- bứt ra từ K có vâ ôn tốc v0 rất nhỏ Wđ0 0. Vâ ôy WđA = mv2 /2= e.UAK (1)
+ Khi e- đâ pô vào Đ thì WđA của e- mô ôt phần chuyển thành năng lượng phôtôn =hf của
tia X và một phần chuyển thành Q làm nóng Đ. Theo định luật bảo toàn và chuyển hóa
1
hc
WđA m.v 2 e.U AK
Q hf x Q
2λ
x
năng lượng ta có :
(2)
Cho v Từ (2)→ tần số lớn nhất fmax
Cho UAKTừ (2) tần số lớn nhất
f max
f max
mv 2
2h
bước sóng nhỏ nhất
min
2hc
mv 2
h.c
eU AK
min
eU
. AK
h ; bước sóng nhỏ nhất
Chủ đề C3: Tính lưu lượng dòng nước làm nguô êi đối catốt của ống Rơnghen.
Cách giải: Phân biê ôt 2 trường hợp:
+ Khi biết N số e- tới đối catốt trong t giây , WđA hay v của electron tới đối catốt:
*
Bỏ qua các của tia X so với tổng nhiệt lượng làm nóng đối catốt lên Q N .WđA
x
Và Q* chuyển thành nhiê ôt năng của nước
Q* cmt 0 cm(t20 t10 )
Lượng nước chảy trong thời gian t(s) là: m=L.D.t ; lưu lượng nước
L
N .WdA
m
D.t cDt.t 0
+Khi biết công suất P (hay U.I): Q*= W = P.t = U.I.t Q* =mc.Δt0 =L.D.t.cΔt0
như trường hợp trên
Dạng bài D.
L
m
U .I
D.t D.c.t 0 (D: khối lượng riêng của nước )
MẪU NGUYÊN TỬ HIĐRÔ CỦA BOHR.
*CƠ SỞ GIÁO KHOA:
+ Năng lượng electron trong nguyên tử hiđrô mức n:
En = -
13, 6
(eV )
n2
với n N* là lượng tử số; En < 0 vì En là năng lượng liên kết của electron và hạt nhân,
nên muốn bứt electron khỏi nguyên ta phải thực hiện công.
+ Tên quỹ đạo dừng:
K, L; M;
N; O;
P Q …..
+ Bán kính quỹ đạo:
ro, 4ro; 9ro; 16ro; 25ro; 36ro 49ro …
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 13-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
+ Mức năng lượng của nguyên tử: E1, E2, E3, E4 , E5 , E6, E7 …..
+ Lượng tử số tương ứng
n= 1
2
3
4
5
6
7…..
-11
với ro = 5,3.10 m = 0,53 Å gọi là bán kính Bohr, bán kính quỹ đạo dừng K.
E1 = - 13,6 eV là giá trị năng lượng của nguyên tử Hyđrô ứng với electron ở quĩ đạo cơ
bản K.
Mức năng lượng E= 0 ứng với e- ở lớp ngoài cùng n = ∞, có thể nói e - không còn liên
kết với hạt nhân.
* Sơ đồ mức năng lượng
Quang phổ→
- Dãy Laiman: Nằm trong vùng tử ngoại.
Ứng với các bức xạ phát ra khi e- chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo K.
- Dãy Banme: Một phần nằm trong vùng tử ngoại và một phần nằm trong vùng ánh
sáng nhìn thấy.
Ứng với các bức xạ phát ra khi e- chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo L .
- Dãy Pasen: Nằm trong vùng hồng ngoại.
Ứng với các bức xạ phát ra khi e- chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo M.
Chủ đề D1: Xác định vâ ên tốc v , tần số quay f của electron trên quĩ đạo dừng .
Cách giải: - Tìm v vâ ôn tốc e- trên quỹ đạo tròn xung quanh hạt nhân. Lực Coulomb Fđiện
đóng vai trò lực hướng tâm, giữ e- chuyển đô nô g tròn đều vâ ôn tốc v (vì Fđiện>>P).
e2
v2
k
k 2 m
v
e
mr ; Với hằng số điện k = 9.109 Nm2C-2(đơn vị SI)
r
r
-
-Tìm f tần số quay của e trên quỹ đạo:
f
v
2 2 r
Chủđề D2: Xác định bước sóng của phôtôn do nguyên tử Hiđrô phát ra khi
nguyên tử chuyển từ năng lượng Em về En ( En< Em) .
Cách giải: + Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng E m sang trạng
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 14-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
thái dừng có năng lượng En (với Em > En) thì nguyên tử phát ra một phôtôn
có năng lượng εmn, tần số fmn, bước sóng ánh sáng mn.
Theo tiên đề Bo về sự bức xạ:
c
hc
mn h. f mn Em En h. Em En
mn
mn
Em En
Chú ý:
*Với dãy Laiman : n = 1; m = 2; 3; 4… Từ mức cao hơn về mức K
Với dãy Banme: n = 2; m = 3; 4; 5… Từ mức cao hơn về mức M
Với dãy Pasen : n = 3 ; m = 4; 5; 6… Từ mức cao hơn về mức N
13.6(eV )
En
n2
*Giá trị năng lượng mức n:
< 0 vì đây là năng lượng liên kết.
Chủ đề D3: Tính bước sóng của vạch quang phổ khi biết mô êt số bước sóng của
các vạch lân câ ên .
Em
Cách giải: Giả sử biết các bước sóng mp; pn tìm mn .
h
c
Em E p
λ mp
h
(1)
E m E n hc(
Cô nô g (1) với (2) :
h
Mà
c
E p En
λ pn
(2)
mp
Ep
1
1
)
mp pn
c
Em En
λ mn
; suy ra quan hệ :
1
1
1
λ mn mp pn
mn
(3) hay
pn
1
1
1
mn
mp
pn
Tương ứng với tần số f13 = f12 +f23 (5)
Chú ý: cách viết (4)(5) dễ nhớ và nhập máy tính tiện lợi hơn.
(4)
En
Chủ đề D4 : Xác định bước sóng cực đại và cực tiểu thuô êc các
dãy vạch(Laiman; Banme ; Pasen) của nguyên tử H.
Cách giải:
hc
Em En mn
λ
Theo tiên đề Bo cơ chế bức xạ: mn
Nhâ ôn xét : mn= λmax khi Em - En = εmin ; mn= λmin khi Em - En = εmax
Dãy Laiman: n =1; m = 2; 3; 4…
Lmax = 21 E2 - E1 = εmin ; Lmin = 1 E -E1 = εmax
Dãy Banme: n = 2; m = 3; 4; 5…
Bmax = 32 E3 - E2 = εmin ; Bmin = 2 E - E2 = εmax
Vùng khả kiến có 4 vạch: H đỏ ứng với e- chuyển từ: ML ;
H lam ứng với e- chuyển từ: NL;
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 15-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
H chàm ứng với e- chuyển từ: OL ;
H tím ứng với e- từ chuyển: PL .
Lưu ý: Vạch ML dài nhất (là H ), vạch L ngắn nhất khi e- chuyển từ L.
Dãy Pasen: n = 3; m = 4; 5; 6…
Pmax =43 E4 - E3 = εmin : Pmin = 3 E - E3 = εmax
Chủ đề D5: Xác định quỹ đạo dừng mới của electron sau khi nguyên tử bị kích
thích bởi photon có năng lượng = hf .
Cách giải:
Em
Giả sử nguyên tử đang ở mức năng lượng En .
Nếu nguyên tử hấp thụ phô tôn có năng lượng đúng bằng hiê ôu
=hf
=hf = Em -En
(1)
Lúc đó electron chuyển từ quỹ đạo dừng có mức năng lượng En
lên Em . Biết rằng Em tỉ lê ô nghịch với m2 :
Em
13, 6eV
m2
(2)
En
(với E1= - 13,6eV; 1eV = 1,6.10-19j, Em < 0 vì năng lượng liên kết)
Giải hệ (1) (2) suy ra m ( m là số lượng tử mức năng lượng : Em )
Chủ đề D6 : Tìm năng lượng cần thiết để bứt electron ra khỏi nguyên tử khi
electron đang ở quỹ đạo K (ứng với năng lượng E1) gọi là năng lượng ion hoá.
Cách giải:
Chú ý rằng năng lượng iôn hóa Wion hóa là năng lượng để đưa electrôn từ mức E1 quỹ
đạo K tới mức E∞= 0 , electrôn không liên kết với hạt nhân nữa.
Trường hợp biết E1(quỹ đạo K)
E
Năng lượng cần thiết W = E - E1 với E = 0
Suy ra Wionhóa = - E1
(với W > 0 vì E1 < 0 )
Trường hợp biết bước sóng của mô êt số vạch
(thuô ôc dãy Laiman và dãy khác) như n1 ; n
n
Ta có: Wionhóa = E - E1 = ( E - En ) + ( En - E1 )
Wionhóa hc
En
1
1
1
hc(
)
1
n n1
Thí dụ : Cho biết 2 (dãy banme) và 21(dãy Laiman)
1
1
Wionhóa hc(
)
2
21
Năng lượng ion hoá là:
1
n1
E1
Phần II :
BÀI TẬP ÁP DỤNG MINH HỌA
CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI .
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 16-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
NHỮNG KIẾN THỨC CẦN NHỚ:
hf
1)Công thức Anhxtanh
h.c
A W0max
0
1
me .v02max
2
hc
hc
0
0
A
A
2) Tìm công thoát A hoă êc bước sóng giới hạn 0 :
3) Tìm động năng và vâ ên tốc ban đầu cực đại :
h.c
W0 max
1 2
mv0 max
2
v0max
2 hc
A
me
4) Tìm bước sóng ánh sáng kích thích:
a) Cho ε hay f tìm λ :
hc
hc c
h. f
f
1
b) Cho λ0 và v0max tìm λ :
2
1 mv 2
hc hc me v0max
0max
0
2
2hc
0
eU h Wd 0 max U h
5) Tìm hiê êu điê ên thế hãm: UAK ≤ -Uh I=0 khi đó
Công thức Anhxtanh viết thành
hf
Wd 0 max
e
h.c
A eU
. h
6)Tính hằng số Planck biết U1 , U2 , 1, 2
hc
A eU1 ;
1
e(U U )
hc
A eU 2 h 1 1 12
2
(1 2 )c
7) Tính khối lượng electron biết 1 ,2 , v1 , v2
hc hc 1 2
hc hc 1 2
mv1 ;
mv2
1 0 2
2 0 2
8) Tìm số electron bâ êt ra khỏi catốt: trong t(s)
9)Tìm số phôtôn đâ êp vào catốt:trong t(s)
m
Ne
N f .
2hc (11 21 )
v12 v22
q I bh .t
I
ne bh
e
e ; trong 1s
e
E
P.t
P
P.
.
nf
; trong 1s
hc .
η là tỷ số số phôtôn đến catốt với số phôtôn của nguồn bức xạ trong cùng thờigian t(s);
E năng lượng và P công suất của nguồn bức xạ.
10) Hiê êu suất quang điện hay hiệu suất lượng tử :
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
H
Ne
n
.100% e .100%
Nf
nf
- 17-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
11) Xác định vâ ên tốc của e- khi đi vào trong điê ên trường :
Khi đi vào trong điê ôn trường e- có vâ ôn tốc đầu v0 , sau khi ra khỏi điê ôn trường e- có vâ ôn
tốc là v. Áp dụng định lý về đô nô g năng A = Wđ – Wđ0
1
1
2A 2
A eU e.E.d mv 2 mv02 v
v0
2
2
m
Lưu ý : Xác định công của lực điê ôn trường là công phát đô nô g hay công cản.
Nếu e- chuyển đô nô g cùng chiều với điê nô trường thì A < 0 ,
Nếu e- chuyển đô nô g ngược chiều với điê nô trường thì A > 0
12) Xác định lực từ và bán kính quỹ đạo
+khi hạt electron bay vào trong từ trường nó chịu tác dụng của lực Lorenx
f = e.v.B.sin khi = 900 f = e.v.B
(1)
mv 2
m. 2 .R
R
+lực Lorenx đóng vai trò là lực hướng tâm Fht =
Từ (1) và (2)
(2)
mv02
mv
mv
e.B.R
e.v0 .B
m. 2 .R R e 0 ; B e 0 ; v0
R
e.B
eR
me
13) Điê ên thế cực đại mà quả cầu đạt được khi chiếu bức xạ: xem chủ đề B9
Khi điê nô thế cực đại Vmax. Thế năng của điê ôn trường của quả cầu bằng đô nô g năng ban
2
me v0max
2eVm
1
2
Vm
v0max
me v0 max
2e
me
đầu của quang electrôn: eVm= 2
.
14) Ống Rơnghen : xem chủ đề C1,2,3
Theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: WđA= eUAK = Q + ε .
Bước sóng tia X phát ra
hc
eU
min
hc
eU
hay
f max
eU
.
h
15) Chú ý: ta nên lưu các hằng số hay dùng vào ô nhớ tiện cho tính toán nhanh và hạn
chế được sai sót khi nhập máy. Ví dụ lưu tích ( h.c) vào thanh A ta thực hiện bấm tính
tích 6,625.10-34. 3.108 [=] [shift][STO][A]; tương tự lưu hằng số c vào thanh B, lưu
hằng số me vào thanh C, lưu hằng số e vào thanh D. Khi tính tới giá trị đó thay vì phải
bấm máy tới 19 lần cho tích (h.c) ta chỉ còn 2 lần bấm máy [ALPHA][A] .
Toán dạng A :
THUYẾT LƯỢNG TỬ.
Ví dụ A.1: Cho biết c = 3.108 m/s ; h = 6,625.10-34 Js . Tính năng lượng, động lượng và
khối lượng của phôtôn ứng với các bức xạ điện từ sau đây:
a) Bức xạ đơn sắc đỏ có λ = 0,76 μm. b) Sóng vô tuyến có λ = 500 m.
c) Tia phóng xạ γ có f = 4.1017 kHz.
Hướng dẫn giải:(xin viết tắt Hdgiải:)
a)Bức xạ đơn sắc đỏ có λ = 0,76 μm.
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 18-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
hc 6, 625.1034.3.108
26,15.1020 J .
6
0, 76.10
-Năng lượng của phôtôn: ε = hf
26,15.1020
8, 72.1028 kg .m / s
8
3.10
-Động lượng của phôtôn: p = c
.
26,15.1020
2
(3.108 ) 2 = 2,9.10-36 kg.
-Khối lượng của phôtôn: m = c
36
28
b)Sóng vô tuyến có λ=500m: 3,975.10 J . p 1,325.10 kg .m / s .m = 4,42.10-45 kg.
22
c) Tia phóng xạ γ có f = 4.1017 kHz: ε=26,5.10-14J. p 8,8.10 kg.m / s .m=0,94.10-31kg.
Ví dụ A.2: Một bóng đèn có công suất phát xạ là 1W, trong 1 giây phát ra 2,5.1019
phôtôn. Tính bước sóng của ánh sáng do đèn phát ra ?
hc
hc
n 4, 97 m.
P n. n
P
→bước sóng của á. sáng
Hdgiải: Công suất phát xạ
Ví dụ A.3: Một nguồn sáng có công suất P=2W phát ra đều theo mọi hướng ánh sáng
có bước sóng λ = 0,597µm. Mắt có đường kính con ngươi là d= 4mm. Mắt còn có thể
cảm nhận được ánh sáng khi tối thiểu có 80 phôtôn lọt vào mắt trong 1s. Bỏ qua sự hấp
thụ phôtôn của môi trường. Khoảng cách R xa nguồn sáng nhất mà mắt còn trông thấy
nguồn là bao nhiêu?
Giải: Năng lượng ánh sáng tới mắt trong 1giây:
W1
P
d2
Pd 2
(
)
4 R 2
4
16 R 2
(1)
hc
Điều kiện nhìn thấy: W1min = 80 (2)
Pd 2
hc
2
Từ (1) và (2) ta có 80 = 16 Rmax ⟹Rmax =
Pd 2
16.80hc = 0,274.106 (m) = 274 (km).
Ví dụ A.4: Dung dịch fluorêxin hấp thụ ánh sáng có bước sóng 0,45m và phát ra
ánh sáng có bước sóng ' 0,50m . Người ta gọi hiệu suất phát quang là tỉ số giữa
năng lượng của ánh sáng phát quang và năng lượng của ánh sáng hấp thụ trong cùng
thời gian. Hiệu suất của quá trình hấp thụ dẫn đến phát quang là bao nhiêu?
’
H 90%
’
Hdgiải: Hiệu suất của quá trình hấp thụ dẫn đến phát quang :
Ví dụ A.5: Tính bước sóng của ánh sáng có phôtôn ánh sáng có năng lượng là 1,75eV?
Hdgiải: Năng lượng phôtôn
hc
.
ε= 1,75eV=1,75.1,6.10-19(J)
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 19-
Chuyên đề SKKN: PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI CÁC DẠNG TOÁN VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG.
Bước sóng bức xạ
hc 6, 625.1034.3.108
7,1.107 (m) 0, 71 m.
1, 75.1, 6.1019
Ví dụ A.6: Một chất phát quang khi hấp thụ ánh sáng có bước sóng 1 0,44 m thì
phát ra ánh sáng có bước sóng 2 0,55m . Hiệu suất của sự phát quang (tỉ số giữa
năng lượng của ánh sáng phát quang và năng lượng của ánh sáng hấp thụ trong 1 đơn vị
thời gian) là 75%. Số phần trăm của số phôtôn bị hấp thụ đã dẫn đến phát quang?
Hdgiải: Gọi n0 là số phôtôn bị hấp thụ, n là số phôtôn phát ra trong cùng 1 giây.
hc
hc
E1 n0
E2 n
1 ’của ánh sáng phát quang:
2
Năng lượng của ánh sáng hấp thụ:
H
Hiệu suất của sự phát quang
E1 n0 .h.c / 1 n0 .1
75%.
E2
n.h.c/2
n.2
Số phần trăm của số
n
0,55
0, 75. 2 0, 75.
0,9375%
n
0,
44
0
1
phôtôn bị hấp thụ đã dẫn đến sự phát quang
Ví dụ A.7: Một chất phát quang được kích thích bằng ánh sáng có bước sóng 0,26 m
thì phát ra ánh sáng có bước sóng 0,52 m. Giả sử công suất của chùm sáng phát quang
bằng 20% công suất của chùm sáng kích thích. Tỉ số giữa số phôtôn ánh sáng phát
quang và số phôtôn ánh sáng kích thích trong cùng một khoảng thời gian là bao nhiêu?
(trích ĐỀ TS ĐH 2011)
Hdgiải:Công suất của chùm sáng phát quang bằng 20% công suất của chùm sáng kích
thích:
Ppq N pq .
hc
;
pq .t
Pkt N kt .
hc
kt .t
Ppq
Pkt
hc
pq .t N pq kt
0, 20
hc
N
kt
pq
N kt .
kt .t
N pq .
Tỉ số giữa số phôtôn ánh sáng phát quang và số phôtôn ánh sáng kích thích trong cùng
N pq p pq kt
p
0,52 m 2
.
pq . pq 0, 20.
0, 40 40%
N kt pq pkt
pkt kt
0, 26 m 5
một khoảng thời gian:
Ví dụ A.8: Một chất có khả năng phát ra ánh sáng phát quang với tần số 6.10 14Hz. Khi
dùng ánh sáng có bước sóng nào dưới đây để kích thích thì chất này không thể phát
quang? (trích đề ĐH 2010)
Hdgiải: Bước sóng phát quang
pq
3.108
0,5.106 m 0,5 m
f
. Để có hiện tượng phát
quang bước sóng kích thích phải thỏa λkt<λpq. Vậy λkt=0,55m>λpqkhông thể gây phát
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN . Trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH
- 20-
- Xem thêm -
.DOC 
78 
1006 
53 
