Bài giảng vật lý A3 phần Hiện tượng quang điện

§4. Hieän töôïng quang ñieän
I. Thí nghieäm
V
+
-
G
A
C
e
F

E

Ñöôøng ñaëc tröng Volt-Ampere
I
U
AC

O
I
bh

I
o

- U
h

U
o

II. Các đònh luật quang điện
1- Với mỗi KL xác đònh, htqđ chỉ xảy ra khi bước
sóng á s tới (giới hạn quang điện)
o
λλ
<
2- I
bh
tỷ lệ thuận với cường độ sáng của chùm ánh
sáng tới
3- ĐNCĐBĐ của quang e tỷ lệ thuận với tần số
của á s tới mà không phụ thuộc cường độ sáng.
III. Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein (1905)
- nh sáng truyền đi dưới dạng một dòng hạt gọi
là lượng tử ánh sáng (hay photon) mang một năng
lượng xác đònh.
- Mỗi photon ứng với bức xạ điện từ đơn sắc có
tần số ν mang một năng lượng xác đònh là:
λ
=ν=ε
hc
h
với
)Js(10.625,6h
34−
=
: hằng số Planck
λ
bước sóng bức xạ điện từ
)s/m(10.3c

8
=
:vận tốc as trong ck
- Cường độ của chùm bức xạ tỷ lệ với số photon
phát ra từ nguồn trong một đơn vò thời gian
- Khi vật phát xạ hay hấp thu bức xạ đ.từ có nghóa
là vật đó phát xạ hay hấp thu các photon
IV. Giải thích các đònh luật quang điện
1- Khi ás chiếu tới KL, mỗi electron tự do hấp thu
năng lượng từ một photon
ν
h
o
h
A
Ah
ννν
=>⇒>
o
A
hc
A
c
h
λλ
λ
=<⇒>
2- I
bh
tỷ lệ với số quang electron thoát khỏi catod.

Số quang electron thoát khỏi catod tỷ lệ với số
photon bò hấp thu.
hay
Số photon bò hấp thu tỷ lệ với cường độ chùm bức
xạ tới.
I
bh
tỷ lệ với cường độ chùm bức xạ tới
3- Năng lượng do quang electron hấp thu từ một
photon một phần tiêu tốn để chuyển động ra sát
bề mặt KL, một phần chuyển thành công thoát,
phần còn lại chuyển thành động năng ban đầu.
Đối với các quang electron ở sát bề mặt kim loại
thì động năng ban đầu này có giá trò cực đại
Theo đ.l bảo toàn năng lượng
2
max
v
2
1
mAh +=
ν
,v
2
1
2
max o
hhAhm
ννν
−=−=

⇒=
h
eUm
2
max
v
2
1
oh
hheU
ν−ν=
O
ν
U
h
(V)
2
1
3
(10
15
Hz)
0,5
1 1,5
Na
Zn
Pt
( )
2
o

cv1
m
m
−
=
V. Các đại lượng đặc trưng cho tính chất hạt của
photon
Theo thuyết tương đối và lượng tử
1- Khối lượng của photon
ν==
hmcE
2
2
c
h
m
ν
=⇒
(hữu hạn)
( )
2
o
cv1mm −=⇒
Photon có khối lượng nghỉ = 0
Những hạt có v = c đều có m
o
= 0
0mcv
o
=⇒=

Với photon
c.
c
h
c.mp
2

==

=

=
h
c
h
p
2- ẹoọng lửụùng cuỷa photon
Đ5. Hieọn tửụùng Compton
I. Thớ nghieọm Compton (1923)
Parafin
Grafit
Carbon

Duùng cuù phaựt
hieọn tia X

>

Tia
X

Kết quả TN:
không phụ thuộc cấu tạo các chất cũng không phụ
thuộc
λ
′
λ
Độ tăng của bước sóng tỷ lệ với góc
tán xạ theo hệ thức:
λ−λ
′
=λ∆
θ
2
sin2
2
c
θ
λ=λ∆
)(10.43,2
12
m
cm
h
e
c
−
==
λ
bước sóng Compton của electron

:
c
λ
II. Giải thích đònh tính hiện tượng Compton
Dựa trên thuyết LTÁS: tia (bức xạ) X là chùm photon
Do đó, khi chiếu tia X vào các chất thì các photon va
chạm với các electron của nguyên tử chất đó.
Va chạm giữa photon và electron là hoàn toàn đàn hồi
+ Photon truyền năng lượng cho chúng
* Khi photon va chạm các electron tự do (liên kết yếu với
ng.tử):
+ Photon có năng lượng bò giảm,
λ>λ
′
+ Tần số photon giảm, và bước sóng tăng:
+ photon va chạm với cả nguyên tử
Đa số photon X va chạm với các electron tự do, chỉ một
số ít photon X va chạm với các electron liên kết.
* Khi photon va chạm các electron liên kết mạnh với
ng.tử:
+ năng lượng photon không đổi
λ
+ tần số không đổi, và bước sóng không đổi
III. Chöùng minh heä thöùc Compton
λ
=ν=
c
hhE
p
λ

=
ν
=
h
c
h
P
p
λ
′
=ν
′
=
′
c
hhE
p
λ
′
=
ν
′
=
′
h
c
h
P
p
2

cmE
ee
=
e
P
′
0P
e
=
θ
4
2
2
2
cmcPE
eee
+
′
=
′
Theo ủ.l baỷo toaứn naờng lửụùng:
epep
EEEE

+

=+
4
2
2

2
2
cmcPhcmh
eee
+

+

=+

( )
4
2
2
2
2
cmcPcmh
eee
+

=+



Bỡnh phửụng 2 veỏ:
( ) ( )
4
22
24
2

2
2
2
2 cmPccmcmhh
eeee
+

=+

+



2
2
2
11
2
11
ee
Phcmh

=

+









2
2
22
11
22
ee
Phcm
hhh

=







+

+







p
P

p
P


e
P



2
epp
2

p
2
p
Pcos.P.P2PP

=



+
2
e
2
22
Pcos.
h
2
hh

=

+







Theo ủ.l baỷo toaứn ủoọng lửụùng:
epp
PPP


+

=
( ) ( )
θλλ
cos1−=−
′
hcm
e
( ) ( )
θλλλ
cos1−=−
′
=∆
cm

h
e
2
sin
2
2
θ
λ
cm
h
e
=∆
2
sin2
2
c
θ
λ=λ∆
cm
h
e
c
=
λ
vôùi:
θ
λλλλλλ
cos
11
22

′
−=
′
−






′
−
hh
hcm
e