Hiện tượng quang điện - Thuyết lượng tử ánh sáng

Năng lượng của photon ánh sáng: \(\varepsilon  = \dfrac{{hc}}{\lambda } = \dfrac{{6,{{625.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{{0,{{59.10}^{ - 6}}}} = 3,{37.10^{ - 19}}J = 2,1eV\)

Theo thuyết lượng tử ánh sáng của Anhxtanh, photon ứng với mỗi ánh sáng đơn sắc có năng lượng càng lớn nếu ánh sáng đơn sắc đó có tần số càng lớn \(ε  = hf\)

Đáp án là C - sai vì: mỗi photon mang năng lượng bằng \(hf\) và nó phụ thuộc vào tần số của ánh sáng

Ta có :  

$\left. \begin{gathered}\varepsilon  = hf = \frac{{hc}}{\lambda } \hfill \\{\lambda _{\text{D}}} > {\lambda _L} > {\lambda _T} \hfill \\\end{gathered}  \right\} \Rightarrow {\varepsilon _D} < {\varepsilon _L} < {\varepsilon _T}$

Dùng thuyết lượng tử ánh sáng không thể giải thích được hiện tượng giao thoa ánh sáng

Hiện tượng electron bị bật ra khỏi bề mặt kim loại khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào gọi là hiện tượng quang điện ngoài.

Tia tử ngoại bị nước và thuỷ tinh hấp thụ mạnh.

Theo công thức Anh-xtanh về hiện tượng quang điện ta có:

\(hf = A + {W_{d0\max }} \Rightarrow {W_{d0\max }} = hf - A\,\,\left( * \right)\)

\(\left( * \right)\) có dạng \(y = a.x + b\) \( \Rightarrow \) Đồ thị động năng ban đầu cực đại \({W_{d0max}}\) theo tần số \(f\) là đường thẳng.

Sai số của phép đo \(\left( {\Delta {W_{d0max}} = 0,{{6.10}^{ - 19}}J;f = 0,{{05.10}^{15}}Hz} \right)\)  là các hình chữ nhật có tâm là các điểm thực nghiệm như hình vẽ.

Từ hình vẽ ta thấy:

+ Với \(\left\{ \begin{array}{l}
f = {\rm{ }}{f_1} = 1,{2.10^{15}}Hz{\rm{ }}\\
{W_{d0max1}} = 0
\end{array} \right. \Rightarrow 0 = h.1,{2.10^{15}} - A\,\,\,\left( 1 \right)\)

+ Với \(\left\{ \begin{array}{l}
f = {f_2} = 2,{4.10^{15}}Hz\\
{W_{d0max2}} = 9,{6.10^{ - 19}}J
\end{array} \right. \Rightarrow 9,{6.10^{ - 19}} = h.2,{4.10^{15}} - A\,\,\,\left( 2 \right)\)

Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình:

\(\left\{ \begin{array}{l}
1,{2.10^{15}}.h - A = 0\\
2,{4.10^{15}}.h - A = 9,{6.10^{ - 19}}
\end{array} \right. \Rightarrow h = {8.10^{ - 34}}\left( {J.s} \right)\)

Nếu chiếu một chùm tia hồng ngoại vào tấm kẽm tích điện âm thì điện tích âm của tấm kẽm không đổi

Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài)

Để gây ra hiện tượng quang điện:

\(\lambda \le {\lambda _0} \Leftrightarrow \dfrac{c}{f} \le {\lambda _0}\)

Ta có, điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện là các bước sóng chiếu vào phải nhỏ  hơn hoặc bằng giới hạn quang điện

=> Giới hạn quang điện \({\lambda _0}\)  là bước sóng dài nhất của bức xạ chiếu vào kim loại đó mà gây ra được hiện tượng quang điện

Giới hạn quang điện phụ thuộc vào bản chất của kim loại

Ta có :

${\rm{A}} = \dfrac{{{\rm{hc}}}}{{{{\rm{\lambda }}_0}}}{\rm{}} \to {{\rm{\lambda }}_0} = \dfrac{{{\rm{hc}}}}{{\rm{A}}} = 0,552{\rm{\mu m}}$

Để gây ra hiện tượng quang điện thì bức xạ chiếu đến có bước sóng nhỏ hơn λ₀ => bức xạ nào có thể gây ra hiện tượng quang điện là  λ₁ và λ₂

Theo thuyết lượng tử ánh sáng của, mỗi photon có  năng lượng:

\(\varepsilon  = hf\)

Năng lượng của photon ánh sáng: \(\varepsilon  = hf\) => có phụ thuộc vào tần số của ánh sáng.

Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các photon đều giống nhau

Nhận thấy ánh sáng tím có bước sóng nằm trong khoảng từ $0,38\mu m - 0,42\mu m$

=> Phương án A: Ánh sáng tím có photon giống hệt nhau là sai

Ta có :  

$\left. \begin{gathered}\varepsilon  = hf = \frac{{hc}}{\lambda } \hfill \\{\lambda _{\text{D}}} > {\lambda _V} > {\lambda _L} \hfill \\\end{gathered}  \right\} \Rightarrow {\varepsilon _D} < {\varepsilon _V} < {\varepsilon _L}$

Mỗi photon của ánh sáng tím mang năng lượng:

\(\varepsilon  = \dfrac{{hc}}{\lambda } = \dfrac{{6,{{625.10}^{-34}}{{.3.10}^8}}}{{0,{{38.10}^{-6}}}} = 5,{23.10^{ - 19}}J\)

Công thoát của Natri

\(A = \frac{{hc}}{{{\lambda _0}}} = 3,{975.10^{ - 19}}J = 2,48eV\)

Ta có:

$A = \dfrac{{hc}}{{{\lambda _0}}} \Rightarrow \dfrac{{{A_{Zn}}}}{{{A_{Na}}}} = \dfrac{{{\lambda _{0Na}}}}{{{\lambda _{0Zn}}}} = 1,4 \Rightarrow {\lambda _{0Zn}} = 0,36\mu m$