Tóm Tắt lý thuyết Vật lý 12-HKII

V. TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG.
A. LÝ THUYẾT
17. TÁN SẮC ÁNH SÁNG
* Sự tán sắc ánh sáng
Tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc.
* Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng
Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bò tán sắc khi đi qua lăng kính. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu gọi là
màu đơn sắc.
Mỗi màu đơn sắc có một bước sóng xác đònh.
Khi truyền qua các môi trường trong suốt khác nhau vận tốc của ánh sáng thay đổi, bước sóng của ánh sáng
thay đổi còn tần số của ánh sáng thì không thay đổi.
Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
Dải có màu như cầu vồng (có có vô số màu nhưng được chia thành 7 màu chính là đỏ, cam, vàng, lục, lam,
chàm, tím) gọi là quang phổ của ánh sáng trắng.
Chiết suất của các chất lỏng trong suốt biến thiên theo màu sắc của ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ đến màu
tím.
* Ứng dụng của sự tán sắc ánh sáng
Hiện tượng tán sắc ánh sáng được dùng trong máy quang phổ để phân tích một chùm sáng đa sắc, do các vật
sáng phát ra, thành các thành phần đơn sắc.
Nhiều hiện tượng quang học trong khí quyển, như cầu vồng chẳng hạn xảy ra do sự tán sắc ánh sáng. Đó là vì
trước khi tới mắt ta, các tia sáng Mặt Trời đã bò khúc xạ và phản xạ trong các giọt nước.
18. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG. GIAO THOA ÁNH SÁNG
* Nhiểu xạ ánh sáng
Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản. Hiện tượng
nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.
* Hiện tượng giao thoa ánh sáng
Hai chùm sáng kết hợp là hai chùm phát ra ánh sáng có cùng tần số và cùng pha hoặc có độ lệch pha không
đổi theo thời gian.
Khi hai chùm sáng kết hợp gặp nhau chúng sẽ giao thoa với nhau: Những chổ hai sóng gặp nhau mà cùng pha
với nhau, chúng tăng cường lẫn nhau tạo thành các vân sáng. Những chổ hai sóng gặp nhau mà ngược pha với
nhau, chúng triệt tiêu nhau tạo thành các vân tối.

Nếu dùng ánh sáng trắng thì hệ thống vân giao thoa của các ánh sáng đơn sắc khác nhau sẽ không trùng khít
với nhau: ở chính giữa, vân sáng của các ánh sáng đơn sắc khác nhau nằm trùng với nhau cho một vân sáng
trắng gọi là vân trắng chính giữa. Ở hai bên vân trắng chính giữa, các vân sáng khác của các sóng ánh sáng đơn
sắc khác nhau không trùng với nhau nữa, chúng nằm kề sát bên nhau và cho những quang phổ có màu như ở cầu
vồng.
Hiện tượng giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẵng đònh ánh sáng có tính chất sóng.
* Vò trí vân, khoảng vân
+ Vò trí vân sáng: x
s
= k
a
D.
λ
; với k ∈ Z.
+ Vò trí vân tối: x
t
= (2k + 1)
a
D
2
.
λ
+ Khoảng vân là khoảng cách giữa 2 vân sáng (hoặc 2 vân tối) liên tiếp: i =
a
D.
λ
. Giữa n vân sáng liên tiếp có
(n – 1) khoảng vân.
1
* Bước sóng và màu sắc ánh sáng

+ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một bước sóng xác đònh. Màu ứng với mỗi bước sóng của ánh sáng gọi là
màu đơn sắc.
+ Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy đều có bước sóng trong chân không (hoặc không khí) trong khoảng từ
0,38µm (ánh sáng tím) đến 0,76µm (ánh sáng đỏ).
+ Những màu chính trong quang phổ của ánh sáng trắng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) ứng với từng vùng
có bước sóng lân cận nhau.
+ Ngoài các màu đơn sắc còn có các màu không đơn sắc là hỗn hợp của nhiều màu đơn sắc với những tỉ lệ khác
nhau.
19. QUANG PHỔ
* Máy quang phổ lăng kính
+ Máy quang phổ là dụng cụ phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành những thành phần đơn sắc khác
nhau.
+ Máy dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn phát ra.
+ Máy quang phổ có ba bộ phận chính:
- Ống chuẫn trực là bộ phận tạo ra chùm sáng song song.
- Hệ tán sắc có tác dụng phân tích chùm tia song song thành nhiều chùm tia đơn sắc song song.
- Buồng tối hay buồng ảnh dùng để quan sát hay chụp ảnh quang phổ.
+ Nguyên tắc hoạt động của máy quang phổ lăng kính dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.
* Quang phổ liên tục
+ Quang phổ liên tục là một dải có màu từ đỏ đến tím nối liền nhau một cách liên tục.
+ Quang phổ liên tục do các chất rắn, chất lỏng hoặc chất khi có áp suất lớn phát ra khi bò nung nóng.
+ Quang phổ liên tục của các chất khác nhau ở cùng một nhiệt độ thì hoàn toàn giống nhau và phụ thuộc vào
nhiệt độ của chúng.
* Quang phổ vạch phát xạ
+ Quang phổ vạch phát xạ là một hệ thống những vạch sáng riêng lẻ, ngăn cách nhau bởi những khoảng tối.
+ Quang phổ vạch phát xạ do các chất khí hay hơi ở áp suất thấp phát ra khi bò kích thích bằng điện hay bằng
nhiệt.
+ Quang phổ vạch của các nguyên tố khác nhau thì rất khác nhau về số lượng các vạch, về vò trí và độ sáng tỉ
đối giữa các vạch. Mỗi nguyên tố hóa học có một quang phổ vạch đặc trưng của nguyên tố đó.
* Quang phổ hấp thụ

+ Quang phổ hấp thụ là các vạch hay đám vạch tối trên nền của một quang phổ liên tục.
+ Quang phổ hấp thụ của chất lỏng và chất rắn chứa các đám vạch, mỗi đám gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp
nhau một cách liên tục.
+ Quang phổ hấp thụ của chất khí chỉ chứa các vạch hấp thụ và là đặc trưng cho chất khí đó.
20. TIA HỒNG NGOẠI . TIA TỬ NGOẠI
* Phát hiện tia hồng ngoại và tử ngoại
Ở ngoài quang phổ ánh sáng nhìn thấy được, ở cả hai đầu đỏ và tím, còn có những bức xạ mà mắt không nhìn
thấy, nhưng nhờ mối hàn của cặp nhiệt điện và bột huỳnh quang mà ta phát hiện được. Các bức xạ đó gọi là tia
hồng ngoại và tia tử ngoại.
Tia hồng ngoại và tia tử ngoại có cùng bản chất với ánh sáng.
Tia hồng ngoại và tia tử ngoại cũng tuân theo các đònh luật: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, và cũng gây được
hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường.
* Tia hồng ngoại
+ Các bức xạ không nhìn thấy có bước sóng dài hơn 0,76µm đến khoảng vài mm được gọi là tia hồng ngoại.
2
+ Mọi vật có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường đều phát ra tia hồng ngoại. Nguồn phát tia hồng ngoại thông
dụng là lò than, lò điện, đèn điện dây tóc.
+ Tính chất:
- Tính chất nổi bật nhất của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt: vật hấp thụ tia hồng ngoại sẽ nóng lên.
- Tia hồng ngoại có khả năng gây ra một số phản ứng hóa học, có thể tác dụng lên một số loại phim ảnh, như
loại phim để chụp ảnh ban đêm.
- Tia hồng ngoại có thể điều biến được như sóng điện từ cao tần.
- Tia hồng ngoại có thể gây ra hiệu ứng quang điện trong ở một số chất bán dẫn.
+ Ứng dụng:
- Tia hồng ngoại dùng để sấy khô, sưởi ấm.
- Sử dụng tia hồng ngoại để chụp ảnh bề mặt Trái Đất từ vệ tinh.
- Tia hồng ngoại được dùng trong các bộ điều khiển từ xa để điều khiển hoạt động của tivi, thiết bò nghe, nhìn, …
- Tia hồng ngoại có nhiều ứng dụng đa dạng trong lónh vực quân sự: Tên lửa tự động tìm mục tiêu dựa vào tia
hồng ngoại do mục tiêu phát ra; camera hồng ngoại dùng để chụp ảnh, quay phim ban đêm; ống nhòm hồng
ngoại để quan sát ban đêm.

* Tia tử ngoại
+ Các bức xạ không nhìn thấy có bước sóng ngắn hơn 0,38µm đến cở 10
-9
m được gọi là tia tử ngoại.
+ Nguồn phát: Những vật được nung nóng đến nhiệt độ cao (trên 2000
o
C) đều phát tia tử ngoại. Nguồn phát tia
tử ngoại phổ biến hơn cả là đèn hơi thủy ngân.
+ Tính chất:
- Tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa không khí và nhiều chất khí khác.
- Kích thích sự phát quang của nhiều chất, có thể gây một số phản ứng quang hóa và phản ứng hóa học.
- Có một số tác dụng sinh lí: hủy diệt tế bào da, làm da rám nắng, làm hại mắt, diệt khuẩn, diệt nấm mốc, …
- Có thể gây ra hiện tượng quang điện.
- Bò nước, thủy tinh… hấp thụ rất mạnh nhưng lại có thể truyền qua được thạch anh.
+ Sự hấp thụ tia tử ngoại:
Thủy tinh hấp thụ mạnh các tia tử ngoại. Thạch anh, nước và không khí đều trong suốt với các tia có bước
sóng trên 200nm, và hấp thụ mạnh các tia có bước sóng ngắn hơn.
Tầng ôzôn hấp thụ hầu hết các tia có bước sóng dưới 300nm và là “tấm áo giáp” bảo vệ cho người và sinh vật
trên mặt đất khỏi tác dụng hủy diệt của các tia tử ngoại của Mặt Trời.
+ Ứng dụng: Thường dùng để khử trùng nước, thực phẩm và dụng cụ y tế, dùng chữa bệnh (như bệnh còi xương),
để tìm vết nứt trên bề mặt kim loại, …
21. TIA X. THUYẾT ĐIỆN TỪ ÁNH SÁNG. THANG SÓNG ĐIỆN TỪ
* Tia X
Bức xạ có bước sóng từ 10
-8
m đến 10
-11
m gọi là tia X (hay tia Rơn-ghen). Người ta cũng thường phân biệt tia X
cứng (có bước sóng rất ngắn) và tia X mềm (có bước sóng dài hơn).
* Cách tạo ra tia X

Cho một chùm tia catôt – tức là một chùm electron có năng lượng lớn – đập vào một vật rắn thì vật đó phát ra
tia X.
Có thể dùng ống Rơn-ghen hoặc ống Cu-lít-dơ để tạo ra tia X.
* Tính chất
+ Tính chất đáng chú ý của tia X là khả năng đâm xuyên. Tia X xuyên qua được giấy, vải, gổ, thậm chí cả kim
loại nữa. Tia X dễ dàng đi xuyên qua tấm nhôm dày vài cm, nhưng lại bò lớp chì vài mm chặn lại. Do đó người ta
thường dùng chì để làm các màn chắn tia X. Tia X có bước sóng càng ngắn thì càng xuyên sâu.
+ Tia X có tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa không khí.
+ Tia X có tác dụng làm phát quang nhiều chất.
+ Tia X có thể gây ra hiện tượng quang điện ở hầu hết kim loại.
3
+ Tia X có tác dụng sinh lí mạnh: hủy diệt tế bào, diệt vi khuẩn, …
* Công dụng
Tia X được sử dụng nhiều nhất để chiếu điện, chụp điện, để chẩn đoán hoặc tìm chổ xương gãy, mảnh kim
loại trong người…, để chữa bệnh (chữa ung thư). Nó còn được dùng trong công nghiệp để kiểm tra chất lượng các
vật đúc, tìm các vết nứt, các bọt khí bên trong các vật bằng kim loại; để kiểm tra hành lí của hành khách đi máy
bay, nghiên cứu cấu trúc vật rắn
* Thang sóng điện từ
+ Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma là sóng điện từ. Các
loại sóng điện từ đó được tạo ra bởi những cách rất khác nhau, nhưng về bản chất thì thì chúng cũng chỉ là một
và giữa chúng không có một ranh giới nào rỏ rệt.
Tuy vậy, vì có tần số và bước sóng khác nhau, nên các sóng điện từ có những tính chất rất khác nhau (có thể
nhìn thấy hoặc không nhìn thấy, có khả năng đâm xuyên khác nhau, cách phát khác nhau). Các tia có bước sóng
càng ngắn (tia X, tia gamma) có tính chất đâm xuyên càng mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang
các chất và dễ ion hóa không khí. Trong khi đó, với các tia có bước sóng dài ta dễ quan sát hiện tượng giao thoa.
+ Người ta sắp xếp và phân loại sóng điện từ theo thứ tự bước sóng giảm dần, hay theo thứ tự tần số tăng dần,
gọi là thang sóng điện từ.
B. CÁC CÔNG THỨC
Vò trí vân sáng, vân tối, khoảng vân:
x

s
= k
a
D.
λ
; x
t
= (2k + 1)
a
D
2
.
λ
; i =
a
D.
λ
; với k ∈ Z.
Thí nghiệm giao thoa thực hiện trong không khí đo được khoảng vân là i thì khi đưa vào trong môi trường trong
suốt có chiết suất n sẽ đo được khoảng vân là i’ =
n
i
.
Giữa n vân sáng (hoặc vân tối) liên tiếp là (n – 1) khoảng vân.
Tại M có vân sáng khi:
i
OM
i
x
M

=
= k, đó là vân sáng bậc k.
Tại M có vân tối khi:
i
x
M
= (2k + 1)
2
1
.
Giao thoa với ánh sáng trắng (0,0,38µm ≤ λ ≤ 0,76µm)
Ánh sáng đơn sắc cho vân sáng tại vò trí đang xét nếu:
x = k
a
D.
λ
; k
min
=
d
D
ax
λ
; k
max
=
t
D
ax
λ

; λ =
Dk
ax
; với k ∈ Z.
Ánh sáng đơn sắc cho vân tối tại vò trí đang xét nếu:
x = (2k + 1)
a
D
2
.
λ
; k
min
=
2
1
−
d
D
ax
λ
; k
max
=
2
1
−
t
D
ax

λ
; λ =
)12(
2
+kD
ax
.
Bước sóng ánh sáng trong chân không: λ =
f
c
.
Bước sóng ánh sáng trong môi trường: λ’ =
nnf
c
f
v
λ
==
.
Độâng năng cực đại của electron khi tới anôt trong ống Culitgiơ:
2
1
mv
2
max
= eU
0
VI. LƯNG TỬ ÁNH SÁNG
A. LÝ THUYẾT
22. HIỆN TƯNG QUANG ĐIỆN. THUYẾT LƯNG TỬ ÁNH SÁNG

* Hiện tượng quang điện
4
Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài (gọi tắt là
hiện tượng quang điện).
* Đònh luật về giới hạn quang điện
Đối với mỗi kim loại ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện

λ
o
của
kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện: λ ≤ λ
o
.
* Thuyết lượng tử ánh sáng
+ Chùm ánh sáng là một chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn có năng lượng xác đònh ε = hf (f
là tần số của sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng). Cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1
giây.
+ Phân tử, nguyên tử, electron… phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghóa là chúng phát xạ hay hấp thụ
phôtôn.
+ Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.10
8
m/s trong chân không.
Năng lượng của mỗi phôtôn rất nhỏ. Một chùm sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều phôtôn do rất nhiều nguyên
tử, phân tử phát ra. Vì vậy ta nhìn thấy chùm sáng liên tục.
Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.
* Giải thích đònh luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử
Công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện:
hf =
λ
hc

= A +
2
1
mv
2
maxo
.
Để có hiện tượng quang điện thì năng lượng của phôtôn phải lớn hơn công thoát : hf =
λ
hc
≥ A =
o
hc
λ
=> λ ≤
λ
o
; với λ
o
=
A
hc
là giới hạn quang điện của kim loại.
* Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng
Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt.
Trong mỗi hiện tượng quang học, ánh sáng thường thể hiện rỏ một trong hai tính chất trên. Khi tính chất sóng
thể hiện rỏ thì tính chất hạt lại mờ nhạt, và ngược lại.
Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn, phôtôn ứng với nó có năng lượng càng lớn thì tính chất hạt thể hiện
càng rỏ, như ở hiện tượng quang điện, ở khả năng đâm xuyên, ở khả năng phát quang…, còn tính chất sóng càng
mờ nhạt. Trái lại sóng điện từ có bước sóng càng dài, phôtôn ứng với nó có năng lượng càng nhỏ, thì tính chất

sóng lại thể hiện rỏ hơn (ở hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, …), còn tính chất hạt thì mờ nhạt.
23. HIỆN TƯNG QUANG ĐIỆN BÊN TRONG
* Chất quang dẫn
Chất quang dẫn là những chất bán dẫn, dẫn điện kém khi không bò chiếu sáng và dẫn điện tốt khi bò chiếu ánh
sáng thích hợp.
* Hiện tượngquang điện trong
Hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết để cho chúng trở thành các electron dẫn đồng thời tạo ra
các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện, gọi là hiện tượng quang điện trong.
* Quang điện trở
Quang điện trở được chế tạo dựa trên hiệu ứng quang điện trong. Đó là một tấm bán dẫn có giá trò điện trở
thay đổi khi cường độ chùm ánh sáng chiếu vào nó thay đổi.
* Pin quang điện
Pin quang điện là nguồn điện trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. Hoạt động của pin
dựa trên hiện tượng quang điện bên trong của một số chất bán dẫn như đồng ôxit, sêlen, silic, … . Suất điện động
của pin thường có giá trò từ 0,5V đến 0,8V
5
Pin quang điện (pin mặt trời) đã trở thành nguồn cung cấp điện cho các vùng sâu vùng xa, trên các vệ tinh
nhân tạo, con tàu vũ trụ, trong các máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi. …
24. HIỆN TƯNG QUANG – PHÁT QUANG
* Sự phát quang
+ Có một số chất khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó, thì có khả năng phát ra các bức xạ điện từ trong
miền ánh sáng nhìn thấy. Các hiện tượng đó gọi là sự phát quang.
+ Mỗi chất phát quang có một quang phổ đặc trưng cho nó.
+ Sau khi ngừng kích thích, sự phát quang của một số chất còn tiếp tục kéo dài thêm một thời gian nào đó, rồi
mới ngừng hẵn. Khoảng thời gian từ lúc ngừng kích thích cho đến lúc ngừng phát quang gọi là thời gian phát
quang.
* Huỳnh quang và lân quang
+ Sự huỳnh quang là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10
-8
s), nghóa là ánh sáng phát quang hầu

như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích. Nó thường xảy ra với chất lỏng và chất khí.
+ Sự lân quang là sự phát quang có thời gian phát quang dài (từ 10
-8
s trở lên); nó thường xảy ra với chất rắn. Các
chất rắn phát quang loại này gọi là chất lân quang.
* Đặc điểm của ánh sáng huỳnh quang
Ánh sáng phát quang có bước sóng λ’ dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích λ: λ’ > λ.
* Ứng dụng của hiện tượng phát quang
Sử dụng trong các đèn ống để thắp sáng, trong các màn hình của dao động kí điện tử, tivi, máy tính, sử dụng
sơn phát quang quét trên các biển báo giao thông.
25. MẪU NGUYÊN TỬ BO
* Mẫu nguyên tử của Bo
Tiên đề về trạng thái dừng
Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác đònh E
n
, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trạng
thái dừng, nguyên tử không bức xạ.
Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo có bán
kính hoàn toàn xác đònh gọi là quỹ đạo dừng.
Bo đã tìm được công thức tính quỹ đạo dừng của electron trong nguyên tử hydro: r
n
= n
2
r
0
, với n là số nguyên
và r
0
= 5,3.10
-11

m, gọi là bán kính Bo. Đó chính là bán kính quỹ đạo dừng của electron, ứng với trạng thái cơ bản.
Bình thường, nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất gọi là trạng thái cơ bản. Khi hấp thụ năng
lượng thì nguyên tử chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích. Thời gian
nguyên tử ở trạng thái kích thích rất ngắn (cỡ 10
-8
s). Sau đó nguyên tử chuyển về trạng thái dừng có năng lượng
thấp hơn và cuối cùng về trạng thái cơ bản.
Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử
Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng E
n
sang trạng thái dừng có năng lượng E
m
nhỏ hơn thì
nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng: ε = hf
nm
= E
n
– E
m
.
Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng E
m
mà hấp thụ được một phôtôn có năng lượng
hf đúng bằng hiệu E
n
– E
m
thì nó chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng E
n
lớn hơn.

Sự chuyển từ trạng thái dừng E
m
sang trạng thái dừng E
n
ứng với sự nhảy của electron từ quỹ đạo dừng có bán
kính r
m
sang quỹ đạo dừng có bán kính r
n
và ngược lại.
* Quang phổ phát xạ và hấp thụ của nguyên tử hidrô
+ Nguyên tử hiđrô có các trạng thái dừng khác nhau E
K
, E
L
, E
M
, . Khi đó electron chuyển động trên các quỹ
đạo dừng K, L, M,
+ Khi electron chuyển từ mức năng lượng cao (E
cao
) xuống mức năng lượng thấp hơn (E
thấp
) thì nó phát ra một
phôtôn có năng lượng hoàn toàn xác đònh: hf = E
cao
– E
thấp
.
6

Mỗi phôtôn có tần số f ứng với một sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ =
f
c
, tức là một vạch quang phổ có
một màu (hay một vò trí) nhất đònh. Điều đó lí giải tại sao quang phổ phát xạ của nguyên tử hiđrô là quang phổ
vạch.
Ngược lại nếu một nguyên tử hiđrô đang ở một mức năng lượng E
thấp
nào đó mà nằm trong một chùm ánh sáng
trắng, trong đó có tất cả các phôtôn có năng lượng từ lớn đến nhỏ khác nhau, thì lập tức nguyên tử hấp thụ ngay
một phôtôn có năng lượng phù hợp ε = E
cao
– E
thấp
để chuyển lên mức năng lượng E
cao
. Như vậy, một sóng ánh
sáng đơn sắc đã bò hấp thụ, làm cho trên quang phổ liên tục xuất hiện một vạch tối. Do đó quang phổ hấp thụ
của nguyên tử hiđrô cũng là quang phổ vạch.
26. SƠ LƯC VỀ LAZE
Laze là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm
ứng.
* Sự phát xạ cảm ứng
Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng lượng ε = hf, bắt
gặp một phôtôn có năng lượng ε’ đúng bằng hf bay lướt qua nó, thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra phôtôn ε.
Phôtôn ε có cùng năng lượng và bay cùng phương với phôtôn ε’. Ngoài ra sóng điện từ ứng với phôtôn ε hoàn
toàn cùng pha và dao động trong một mặt phẵng song song với mặt phẵng dao động của sóng điện từ ứng với
phôtôn ε’.
Như vậy, nếu có một phôtôn ban đầu bay qua một loạt các nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích thì số
phôtôn sẽ tăng lên theo cấp số nhân.

Tùy theo vật liệu phát xạ, người ta đã tạo ra laze rắn, laze khí và laze bán dẫn. Laze rubi (hồng ngọc) biến đổi
quang năng thành quang năng.
* Cấu tạo của laze rubi
Rubi (hồng ngọc) là Al
2
O
3
có pha Cr
2
O
3
.
Laze rubi gồm một thanh rubi hình trụ. Hai mặt được mài nhẵn vuông góc với trục của thanh. Mặt (1) được mạ
bạc trở thành gương phẵng (G
1
) có mặt phản xạ quay vào phía trong. Mặt (2) là mặt bán mạ, tức là mạ một lớp
mỏng để cho khoảng 50% cường độ chùm sáng chiếu tới bò phản xạ, còn khoảng 50% truyền qua. Mặt này trở
thành gương phẳng (G
2
) có mặt phản xạ quay về phia G
1
. Hai gương G
1
và G
2
song song với nhau.
Dùng đèn phóng điện xenon để chiếu sáng rất mạnh thanh rubi và đưa một số lớn ion crôm lên trạng thái kích
thích. Nếu có một ion crôm bức xạ theo phương vuông góc với hai gương thì ánh sáng sẽ phản xạ đi phản xạ lại
nhiều lần giữa hai gương và sẽ làm cho một loạt ion crôm phát xạ cảm ứng. nh sáng sẽ được khuếch đại lên
nhiều lần. Chùm tia laze được lấy ra từ gương bán mạ G

2
.
* Đặc điểm của laze
+ Laze có tính đơn sắc rất cao. Độ sai lệch tương đối
f
f∆
của tần số ánh sáng do laze phát ra có thể chỉ bằng 10
-
15
.
+ Tia laze là chùm sáng kết hợp (các phôtôn trong chùm có cùng tần số và cùng pha).
+ Tia laze là chùm sáng song song (có tính đònh hướng cao).
+ Tia laze có cường độ lớn. Chẵng hạn laze rubi (hồng ngọc) có cường độ tới 10
6
W/cm
2
.
* Một số ứng dụng của laze
+ Tia laze có ưu thế đặc biệt trong thông tin liên lạc vô tuyến (như truyền thông thông tin bằng cáp quang, vô
tuyến đònh vò, điều khiển con tàu vũ trụ, )
+ Tia laze được dùng như dao mổ trong phẩu thuật mắt, để chữa một số bệnh ngoài da (nhờ tác dụng nhiệt),
+ Tia laze được dùng trong các đầu đọc đóa CD, bút chỉ bảng, chỉ bản đồ, dùng trong các thí nghiệm quang học ở
trường phổ thông,
+ Ngoài ra tia laze còn được dùng để khoan, cắt, tôi, chính xác các vật liệu trong công nghiệp.
7
VI. LƯNG TỬ ÁNH SÁNG
A. LÝ THUYẾT
22. HIỆN TƯNG QUANG ĐIỆN. THUYẾT LƯNG TỬ ÁNH SÁNG
* Hiện tượng quang điện
Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài (gọi tắt là

hiện tượng quang điện).
* Đònh luật về giới hạn quang điện
Đối với mỗi kim loại ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện

λ
o
của
kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện: λ ≤ λ
o
.
* Thuyết lượng tử ánh sáng
+ Chùm ánh sáng là một chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn có năng lượng xác đònh ε = hf (f
là tần số của sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng). Cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1
giây.
+ Phân tử, nguyên tử, electron… phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghóa là chúng phát xạ hay hấp thụ
phôtôn.
+ Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.10
8
m/s trong chân không.
Năng lượng của mỗi phôtôn rất nhỏ. Một chùm sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều phôtôn do rất nhiều nguyên
tử, phân tử phát ra. Vì vậy ta nhìn thấy chùm sáng liên tục.
Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.
* Giải thích đònh luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử
Công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện:
hf =
λ
hc
= A +
2
1

mv
2
maxo
.
Để có hiện tượng quang điện thì năng lượng của phôtôn phải lớn hơn công thoát : hf =
λ
hc
≥ A =
o
hc
λ
=> λ ≤
λ
o
; với λ
o
=
A
hc
là giới hạn quang điện của kim loại.
* Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng
Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt.
Trong mỗi hiện tượng quang học, ánh sáng thường thể hiện rỏ một trong hai tính chất trên. Khi tính chất sóng
thể hiện rỏ thì tính chất hạt lại mờ nhạt, và ngược lại.
Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn, phôtôn ứng với nó có năng lượng càng lớn thì tính chất hạt thể hiện
càng rỏ, như ở hiện tượng quang điện, ở khả năng đâm xuyên, ở khả năng phát quang…, còn tính chất sóng càng
mờ nhạt. Trái lại sóng điện từ có bước sóng càng dài, phôtôn ứng với nó có năng lượng càng nhỏ, thì tính chất
sóng lại thể hiện rỏ hơn (ở hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, …), còn tính chất hạt thì mờ nhạt.
23. HIỆN TƯNG QUANG ĐIỆN BÊN TRONG
* Chất quang dẫn

Chất quang dẫn là những chất bán dẫn, dẫn điện kém khi không bò chiếu sáng và dẫn điện tốt khi bò chiếu ánh
sáng thích hợp.
* Hiện tượngquang điện trong
Hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết để cho chúng trở thành các electron dẫn đồng thời tạo ra
các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện, gọi là hiện tượng quang điện trong.
* Quang điện trở
Quang điện trở được chế tạo dựa trên hiệu ứng quang điện trong. Đó là một tấm bán dẫn có giá trò điện trở
thay đổi khi cường độ chùm ánh sáng chiếu vào nó thay đổi.
8
* Pin quang điện
Pin quang điện là nguồn điện trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. Hoạt động của pin
dựa trên hiện tượng quang điện bên trong của một số chất bán dẫn như đồng ôxit, sêlen, silic, … . Suất điện động
của pin thường có giá trò từ 0,5V đến 0,8V
Pin quang điện (pin mặt trời) đã trở thành nguồn cung cấp điện cho các vùng sâu vùng xa, trên các vệ tinh
nhân tạo, con tàu vũ trụ, trong các máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi. …
24. HIỆN TƯNG QUANG – PHÁT QUANG
* Sự phát quang
+ Có một số chất khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó, thì có khả năng phát ra các bức xạ điện từ trong
miền ánh sáng nhìn thấy. Các hiện tượng đó gọi là sự phát quang.
+ Mỗi chất phát quang có một quang phổ đặc trưng cho nó.
+ Sau khi ngừng kích thích, sự phát quang của một số chất còn tiếp tục kéo dài thêm một thời gian nào đó, rồi
mới ngừng hẵn. Khoảng thời gian từ lúc ngừng kích thích cho đến lúc ngừng phát quang gọi là thời gian phát
quang.
* Huỳnh quang và lân quang
+ Sự huỳnh quang là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10
-8
s), nghóa là ánh sáng phát quang hầu
như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích. Nó thường xảy ra với chất lỏng và chất khí.
+ Sự lân quang là sự phát quang có thời gian phát quang dài (từ 10
-8

s trở lên); nó thường xảy ra với chất rắn. Các
chất rắn phát quang loại này gọi là chất lân quang.
* Đặc điểm của ánh sáng huỳnh quang
Ánh sáng phát quang có bước sóng λ’ dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích λ: λ’ > λ.
* Ứng dụng của hiện tượng phát quang
Sử dụng trong các đèn ống để thắp sáng, trong các màn hình của dao động kí điện tử, tivi, máy tính, sử dụng
sơn phát quang quét trên các biển báo giao thông.
25. MẪU NGUYÊN TỬ BO
* Mẫu nguyên tử của Bo
Tiên đề về trạng thái dừng
Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác đònh E
n
, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trạng
thái dừng, nguyên tử không bức xạ.
Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo có bán
kính hoàn toàn xác đònh gọi là quỹ đạo dừng.
Bo đã tìm được công thức tính quỹ đạo dừng của electron trong nguyên tử hydro: r
n
= n
2
r
0
, với n là số nguyên
và r
0
= 5,3.10
-11
m, gọi là bán kính Bo. Đó chính là bán kính quỹ đạo dừng của electron, ứng với trạng thái cơ bản.
Bình thường, nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất gọi là trạng thái cơ bản. Khi hấp thụ năng
lượng thì nguyên tử chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích. Thời gian

nguyên tử ở trạng thái kích thích rất ngắn (cỡ 10
-8
s). Sau đó nguyên tử chuyển về trạng thái dừng có năng lượng
thấp hơn và cuối cùng về trạng thái cơ bản.
Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử
Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng E
n
sang trạng thái dừng có năng lượng E
m
nhỏ hơn thì
nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng: ε = hf
nm
= E
n
– E
m
.
Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng E
m
mà hấp thụ được một phôtôn có năng lượng
hf đúng bằng hiệu E
n
– E
m
thì nó chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng E
n
lớn hơn.
Sự chuyển từ trạng thái dừng E
m
sang trạng thái dừng E

n
ứng với sự nhảy của electron từ quỹ đạo dừng có bán
kính r
m
sang quỹ đạo dừng có bán kính r
n
và ngược lại.
* Quang phổ phát xạ và hấp thụ của nguyên tử hidrô
9
+ Nguyên tử hiđrô có các trạng thái dừng khác nhau E
K
, E
L
, E
M
, . Khi đó electron chuyển động trên các quỹ
đạo dừng K, L, M,
+ Khi electron chuyển từ mức năng lượng cao (E
cao
) xuống mức năng lượng thấp hơn (E
thấp
) thì nó phát ra một
phôtôn có năng lượng hoàn toàn xác đònh: hf = E
cao
– E
thấp
.
Mỗi phôtôn có tần số f ứng với một sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ =
f
c

, tức là một vạch quang phổ có
một màu (hay một vò trí) nhất đònh. Điều đó lí giải tại sao quang phổ phát xạ của nguyên tử hiđrô là quang phổ
vạch.
Ngược lại nếu một nguyên tử hiđrô đang ở một mức năng lượng E
thấp
nào đó mà nằm trong một chùm ánh sáng
trắng, trong đó có tất cả các phôtôn có năng lượng từ lớn đến nhỏ khác nhau, thì lập tức nguyên tử hấp thụ ngay
một phôtôn có năng lượng phù hợp ε = E
cao
– E
thấp
để chuyển lên mức năng lượng E
cao
. Như vậy, một sóng ánh
sáng đơn sắc đã bò hấp thụ, làm cho trên quang phổ liên tục xuất hiện một vạch tối. Do đó quang phổ hấp thụ
của nguyên tử hiđrô cũng là quang phổ vạch.
26. SƠ LƯC VỀ LAZE
Laze là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm
ứng.
* Sự phát xạ cảm ứng
Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng lượng ε = hf, bắt
gặp một phôtôn có năng lượng ε’ đúng bằng hf bay lướt qua nó, thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra phôtôn ε.
Phôtôn ε có cùng năng lượng và bay cùng phương với phôtôn ε’. Ngoài ra sóng điện từ ứng với phôtôn ε hoàn
toàn cùng pha và dao động trong một mặt phẵng song song với mặt phẵng dao động của sóng điện từ ứng với
phôtôn ε’.
Như vậy, nếu có một phôtôn ban đầu bay qua một loạt các nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích thì số
phôtôn sẽ tăng lên theo cấp số nhân.
Tùy theo vật liệu phát xạ, người ta đã tạo ra laze rắn, laze khí và laze bán dẫn. Laze rubi (hồng ngọc) biến đổi
quang năng thành quang năng.
* Cấu tạo của laze rubi

Rubi (hồng ngọc) là Al
2
O
3
có pha Cr
2
O
3
.
Laze rubi gồm một thanh rubi hình trụ. Hai mặt được mài nhẵn vuông góc với trục của thanh. Mặt (1) được mạ
bạc trở thành gương phẵng (G
1
) có mặt phản xạ quay vào phía trong. Mặt (2) là mặt bán mạ, tức là mạ một lớp
mỏng để cho khoảng 50% cường độ chùm sáng chiếu tới bò phản xạ, còn khoảng 50% truyền qua. Mặt này trở
thành gương phẳng (G
2
) có mặt phản xạ quay về phia G
1
. Hai gương G
1
và G
2
song song với nhau.
Dùng đèn phóng điện xenon để chiếu sáng rất mạnh thanh rubi và đưa một số lớn ion crôm lên trạng thái kích
thích. Nếu có một ion crôm bức xạ theo phương vuông góc với hai gương thì ánh sáng sẽ phản xạ đi phản xạ lại
nhiều lần giữa hai gương và sẽ làm cho một loạt ion crôm phát xạ cảm ứng. nh sáng sẽ được khuếch đại lên
nhiều lần. Chùm tia laze được lấy ra từ gương bán mạ G
2
.
* Đặc điểm của laze

+ Laze có tính đơn sắc rất cao. Độ sai lệch tương đối
f
f∆
của tần số ánh sáng do laze phát ra có thể chỉ bằng 10
-
15
.
+ Tia laze là chùm sáng kết hợp (các phôtôn trong chùm có cùng tần số và cùng pha).
+ Tia laze là chùm sáng song song (có tính đònh hướng cao).
+ Tia laze có cường độ lớn. Chẵng hạn laze rubi (hồng ngọc) có cường độ tới 10
6
W/cm
2
.
* Một số ứng dụng của laze
+ Tia laze có ưu thế đặc biệt trong thông tin liên lạc vô tuyến (như truyền thông thông tin bằng cáp quang, vô
tuyến đònh vò, điều khiển con tàu vũ trụ, )
10
+ Tia laze được dùng như dao mổ trong phẩu thuật mắt, để chữa một số bệnh ngoài da (nhờ tác dụng nhiệt),
+ Tia laze được dùng trong các đầu đọc đóa CD, bút chỉ bảng, chỉ bản đồ, dùng trong các thí nghiệm quang học ở
trường phổ thông,
+ Ngoài ra tia laze còn được dùng để khoan, cắt, tôi, chính xác các vật liệu trong công nghiệp.
VII. VẬT LÝ HẠT NHÂN
A. LÝ THUYẾT
27. TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN
* Cấu tạo hạt nhân
+ Hạt nhân được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn gọi là các nuclôn. Có hai loại nuclôn: prôton, kí hiệu p, khối
lượng m
p
= 1,67262.10

-27
kg, mang một điện tích nguyên tố dương +e, và nơtron kí hiệu n, khối lượng m
n
=
1,67493.10
-27
kg, không mang điện. Prôtôn chính là hạt nhân nguyên tử hiđrô.
+ Số prôtôn trong hạt nhân bằng số thứ tự Z của nguyên tử trong bảng tuần hoàn; Z được gọi là nguyên tử số.
Tổng số các nuclôn trong hạt nhân gọi là số khối, kí hiệu A. Số nơtron trong hạt nhân là: N = A – Z.
+ Kí hiệu hạt nhân:
X
A
Z
. Nhiều khi, để cho gọn, ta chỉ cần ghi số khối, vì kí hiệu hóa học đã xác đònh Z rồi.
* Đồng vò
Đồng vò là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số prôtôn Z (có cùng vò trí trong bảng hệ thống tuần
hoàn), nhưng có số nơtron N khác nhau.
Các đồng vò còn được chia làm hai loại: đồng vò bền và đồng vò phóng xạ. Trong thiên nhiên có khoảng gần
300 đồng vò bền; ngoài ra người ta còn tìm thấy vài nghìn đồng vò phóng xạ tự nhiên và nhân tạo.
* Đơn vò khối lượng nguyên tử
Trong vật lí hạt nhân, khối lượng thường được đo bằng đơn vò khối lượng nguyên tử, kí hiệu là u. Một đơn vò u
có giá trò bằng
12
1
khối lượng của đồng vò cacbon
12
6
C. 1u = 1,66055.10
-27
kg.

Khlượng của một nuclôn xấp xó bằng u. Nói chung một ngutử có số khối A thì có khlượng xấp xó bằng A.u.
* Khối lượng và năng lượng
Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng: E = mc
2
.
Từ hệ thức Anhxtanh suy ra m =
2
c
E
chứng tỏ khối lượng có thể đo bằng đơn vò của năng lượng chia cho c
2
, cụ
thể là eV/c
2
hay MeV/c
2
.
Theo lí thuyết của Anhxtanh, một vật có khối lượng m
0
khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với tốc độ v,
khối lượng sẽ tăng lên thành m với: m =
2
2
0
1
c
v
m
−
trong đó m

0
được gọi là khối lượng nghỉ và m gọi là khối lượng
động.
* Lực hạt nhân
Lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân là lực hút, gọi là lực hạt nhân, có tác dụng liên kết các nuclôn
lại với nhau. Lực hạt nhân không phải là lực tónh điện, nó không phụ thuộc vào điện tích của nuclôn. So với lực
điện từ và lực hấp dẫn, lực hạt nhân có cường độ rất lớn (còn gọi là lực tương tác mạnh) và chỉ tác dụng khi hai
nuclôn cách nhau một khoảng bằng hoặc nhỏ hơn kích thước hạt nhân (khoảng 10
-15
m).
* Độ hụt khối và năng lượng liên kết
+ Độ hụt khối của một hạt nhân là hiệu số giữa tổng khối lượng của các nuclôn cấu tạo nên hạt nhân và khối
lượng hạt nhân đó:
∆m = Zm
p
+ (A – Z)m
n
– m
hn
+ Năng lượng liên kết của hạt nhân là năng lượng toả ra khi các nuclôn riêng lẽ liên kết thành hạt nhân và đó
cũng chính là năng lượng cần cung cấp để phá vở hạt nhân thành các nuclôn riêng lẽ: W
lk
= ∆m.c
2
.
11
+ Năng lượng liên kết tính cho một nuclôn (
A
W
lk

) gọi là năng lượng liên kết riêng của hạt nhân, đặc trưng cho sự
bền vững của hạt nhân.
28. PHÓNG XẠ
* Hiện tượng phóng xạ
Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi
thành hạt nhân khác.
Quá trình phân rã phóng xạ chỉ do các nguyên nhân bên trong gây ra và hoàn toàn không phụ thuộc vào các
tác động bên ngoài như nhiệt độ, áp suất, …
Người ta quy ước gọi hạt nhân phóng xạ là hạt nhân mẹ và hạt nhân phân rã là hạt nhân con.
* Các tia phóng xạ :
+ Tia α: là chùm hạt nhân hêli
4
2
He, gọi là hạt α, được phóng ra từ hạt nhân với tốc độ khoảng 2.10
7
m/s. Tia α
làm ion hóa mạnh các nguyên tử trên đường đi của nó và mất năng lượng rất nhanh. Vì vậy tia α chỉ đi được tối
đa 8cm trong không khí và không xuyên qua được tờ bìa dày 1mm.
+ Tia β: là các hạt phóng xạ phóng ra với vận tốc rất lớn, có thể đạt xấp xó bằng vận tốc ánh sáng. Tia β cũng
làm ion hóa môi trường nhưng yếu hơn so với tia α. Vì vậy tia β có thể đi được quãng đường dài hơn, tới hàng
trăm mét trong không khí và có thể xuyên qua được lá nhôm dày cỡ vài mm.
Có hai loại tia β:
- Loại phổ biến là tia β
-
. Đó chính là các electron (kí hiệu
0
1−
e).
- Loại hiếm hơn là tia β
+

. Đó chính là pôzitron, hay electron dương (kí hiệu
0
1+
e, có cùng khối lượng như electron
nhưng mang điện tích nguyên tố dương.
+ Tia γ: là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (dưới 10
-11
m), cũng là hạt phôtôn có năng lượng cao. Vì vậy tia γ
có khả năng xuyên thấu lớn hơn nhiều so với tia α và β. Trong phân rã α và β, hạt nhân con có thể ở trong trạng
thái kích thích và phóng xạ ra tia γ để trở về trạng thái cơ bản.
* Đònh luật phóng xạ :
Trong quá trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo đònh luật hàm mũ với số mũ âm.
Các công thức biểu thò đònh luật phóng xạ:
N(t) = N
o
T
t−
2
= N
o
e
-
λ
t
và m(t) = m
o
T
t−
2
= m

o
e
-
λ
t
.
Với λ =
TT
693,02ln
=
gọi là hằng số phóng xạ; T gọi là chu kì bán rã: sau khoảng thời gian T số lượng hạt nhân
chất phóng xạ còn lại 50% (50% số lượng hạt nhân bò phân rã).
* Đồng vò phóng xạ
Ngoài các đồng vò phóng xạ có sẵn trong thiên nhiên, gọi là đồng vò phóng xạ tự nhiên, người ta cũng chế tạo
được nhiều đồng vò phóng xạ, gọi là đồng vò phóng xạ nhân tạo. Các đồng vò phóng xạ nhân tạo thường thấy
thuộc loại phân rã β và γ. Các đồng vò phóng xạ của một nguyên tố hóa học có cùng tính chất hóa học như đồng
vò bền của nguyên tố đó.
Ứng dụng: Đồng vò
60
27
Co phóng xạ tia γ dùng để soi khuyết tật chi tiết máy, diệt khuẫn để bảo vệ nông sản,
chữa ung thư. Các đồng vò phóng xạ
1+A
Z
X được gọi là nguyên tử đánh dấu, cho phép ta khảo sát sự tồn tại, sự
phân bố, sự vận chuyển của nguyên tố X. Phương pháp nguyên tử đáng dấu có nhiều ứng dụng quan trọng trong
sinh học, hóa học, y học, . Đồng vò cacbon
14
6
C phóng xạ tia β

-
có chu kỳ bán rã 5730 năm được dùng để đònh
tuổi các vật cổ.
29. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
* Phản ứng hạt nhân
+ Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân.
+ Phản ứng hạt nhân thường được chia thành hai loại:
12
- Phản ứng tự phân rã một hạt nhân không bền vững thành các hạt khác.
- Phản ứng trong đó các hạt nhân tương tác với nhau, dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác.
Phản ứng hạt nhân dạng tổng quát: A + B → C + D
Trong trường hợp phóng xạ: A → B + C
* Các đònh luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
+ Đònh luật bảo toàn số nuclôn (số khối A): Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn của các hạt tương tác bằng
tổng số nuclôn của các hạt sản phẩm.
+ Đònh luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các
hạt sản phẩm.
+ Đònh luật bảo toàn năng lượng toàn phần (bao gồm động năng và năng lượng nghỉ): Tổng năng lượng toàn
phần của các hạt tương tác bằng tổng năng lượng toàn phần của các hạt sản phẩm.
+ Đònh luật bảo toàn động lượng: Véc tơ tổng động lượng của các hạt tương tác bằng véc tơ tổng động lượng của
các hạt sản phẩm.
+ Lưu ý: trong phản ứng hạt nhân khơng có sự bảo tồn khối lượng.
* Năng lượng trong phản ứng hạt nhân
Xét phản ứng hạt nhân: A + B → C + D. Gọi m
o
= m
A
+ m
B
và m = m

C
+ m
D
. Ta thấy m
0
≠ m.
+ Khi m
0
> m: Phản ứng tỏa ra một năng lượng: W = (m
0
– m)c
2
. Năng lượng tỏa ra này thường gọi là năng lượng
hạt nhân. Các hạt nhân sinh ra có độ hụt khối lớn hơn các hạt nhân ban đầu, nghóa là các hạt nhân sinh ra bền
vững hơn các hạt nhân ban đầu.
+ Khi m
0
< m: Phản ứng không thể tự nó xảy ra. Muốn cho phản ứng xảy ra thì phải cung cấp cho các hạt A và B
môït năng lượng W dưới dạng động năng. Vì các hạt sinh ra có động năng W
đ
nên năng lượng cần cung cấp phải
thỏa mãn điều kiện: W = (m – m
0
)c
2
+ W
đ
. Các hạt nhân sinh ra có độ hụt khối nhỏ hơn các hạt nhân ban đầu,
nghóa là ra kém bền vững hơn các hạt nhân ban đầu.
* Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng

+ Hai hạt nhân rất nhẹ (A < 10) như hiđrô, hêli, … kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn. Vì sự tổng hợp
hạt nhân chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ cao nên phản ứng này gọi là phản ứng nhiệt hạch.
+ Một hạt nhân nặng vỡ thành hai mãnh nhẹ hơn (có khối lượng cùng cỡ). Phản ứng này gọi là phản ứng phân
hạch.
30. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH
* Sự phân hạch
Dùng nơtron nhiệt (nơtron chậm) có năng lượng cở 0,01eV bắn vào
235
U ta có phản ứng phân hạch:
1
0
n +
135
92
U →
1
1
A
Z
X
1
+
2
2
A
Z
X
2
+ k
1

0
n
Đặc điểm chung của các phản ứng phân hạch: sau mỗi phản ứng đều có hơn hai nơtron được phóng ra, và mỗi
phân hạch đều giải phóng ra năng lượng lớn. Người ta thường gọi đó là năng lượng hạt nhân.
* Phản ứng phân hạch dây chuyền
+ Các nơtron sinh ra sau mỗi phân hạch của urani (hoặc plutoni, …) lại có thể bò hấp thụ bởi các hạt nhân urani
(hoặc plutoni, …) khác ở gần đó, và cứ thế, sự phân hạch tiếp diễn thành một dây chuyền. Số phân hạch tăng lên
rất nhanh trong một thời gian rất ngắn, ta có phản ứng phân hạch dây chuyền.
+ Điều kiện xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền: muốn có phản ứng dây chuyền ta phải xét tới số nơtron
trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch (còn gọi là hệ số nhân nơtron)
- Nếu k < 1 thì phản ứng dây chuyền không xảy ra.
- Nếu k = 1 thì phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ nơtron không đổi. Đó là phản ứng dây chuyền điều khiển
được.
- Nếu k > 1 thì dòng nơtron tăng liên tục theo thời gian, dẫn tới vụ nổ nguyên tử. Đó là phản ứng dây chuyền
không điều khiển được.
13
Để giảm thiểu số nơtron bò mất vì thoát ra ngoài nhằm đảm bảo có k ≥ 1, thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân
phải có một giá trò tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn m
th
. Với
235
U thì m
th
vào cỡ 15kg; với
239
Pu thì m
th
vào cỡ
5kg.
* Phản ứng nhiệt hạch

Khi hai hạt nhân nhẹ kết hợp lại để tạo nên một hạt nhân nặng hơn thì có năng lượng tỏa ra. Ví dụ:
2
1
H +
2
1
H
→
3
2
He +
1
0
n + 4MeV.
Phản ứng kết hợp hạt nhân chỉ xảy ra ở nhiệt đôï rất cao nên mới gọi là phản ứng nhiệt hạch.
* Phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ
Phản ứng nhiệt hạch trong lòng Mặt Trời và các ngôi sao là nguồn gốc năng lượng của chúng.
* Thực hiện phản ứng nhiệt hạch trên Trái Đất
Trên Trái Đất, con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng không kiểm soát được. Đó là sự
nổ của bom nhiệt hạch hay bom H (còn gọi là bom hiđrô hay bom khinh khí).
Vì năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch rất
nhiều, và vì nhiên liệu nhiệt hạch có thể coi là vô tận trong thiên nhiên, nên một vấn đề quan trọng đặt ra là:
làm thế nào để thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng kiểm soát được, để đảm bảo cung câó năng lượng
lâu dài cho nhân loại.
B. CÁC CÔNG THỨC.
Hạt nhân
X
A
Z
, có A nuclon; Z prôtôn; N = (A – Z) nơtrôn.

Số hạt nhân, khối lượng của chất phóng xạ còn lại sau thời gian t:
N(t) = N
o
T
t−
2
= N
o
e
-
λ
t
; m(t) = m
o
T
t−
2
= m
o
e
-
λ
t
.
Độ phóng xạ: H = λN = λN
o
e
-
λ
t

= H
o
e
-
λ
t
= H
o
T
t−
2

Với:
TT
693,02ln
==
λ
là hằng số phóng xạ; T là chu kì bán rã.
Số hạt trong m gam chất đơn nguyên tử : N =
A
N
A
m
Liên hệ giữa năng lượng và khối lượng: E = mc
2
.
Khối lượng động: m =
2
2
0

1
c
v
m
−
.
Độ hụt khối của hạt nhân : ∆m = Zm
p
+ (A – Z)m
n
– m
hn
.
Năng lượng liên kết : W
lk
= ∆m.c
2
.
Năng lượng liên kết riêng : ε =
A
W
lk
.
Đơn vò khối lượng nguyên tử: 1u = 1,66055.10
-27
kg = 931,5MeV/c
2
.
VIII. TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
A. LÝ THUYẾT

31. CÁC HẠT SƠ CẤP
* Hạt sơ cấp
Các hạt sơ cấp là các hạt vi mô có kích thước cở hạt nhân trở xuống và khi khảo sát quá trình biến đổi của
chúng, ta tạm thời không xét đến cấu tạo bên trong của chúng.
Các hạt sơ cấp thường gặp: phôtôn (γ), electron (e
-
), pôzitron (e
+
), prôtôn (p), nơtron (n), nơtrinô (v).
* Tạo ra các hạt sơ cấp mới
14
Để có thể tạo nên các hạt sơ cấp mới, người ta làm tăng vận tốc của một số hạt bằng cách dùng các máy gia
tốc và cho chúng bắn vào các hạt khác.
* Phân loại các hạt sơ cấp
Dựa vào độ lớn của khối lượng và đặc tính tương tác, người ta phân hạt sơ cấp thành các loại sau:
+ Phôtôn: hạt có khối lượng tónh bằng 0.
+ Leptôn: (các hạt nhẹ): có khối lượng từ 0 đến 200m
e
: nơtrinô, electron, pôzitron, mêzôn µ.
+ Hrôn gồm:
- Mêzôn π, K: có khối lượng trên 200m
e
nhưng nhỏ hơn khối lượng nuclôn.
- Nuclôn p, n.
- Hipêrôn: có khối lượng lớn hơn khối lượng nuclôn.
* Tính chất của các hạt sơ cấp
+ Một số ít các hạt sơ cấp là bền, còn đa số là không bền: chúng tự phân hủy và biến thành hạt sơ cấp khác.
+ Mỗi hạt sơ cấp đều có một phản hạt tương ứng. Phản hạt của một hạt sơ cấp có cùng khối lượng nhưng điện
tích trái dấu và cùng giá trò tuyệt đối. Trường hợp hạt sơ cấp không mang điện thì phản hạt của nó có mômen từ
cùng độ lớn nhưng ngược hướng.

* Tương tác của các hạt sơ cấp
Các hạt sơ cấp luôn biến đổi và tương tác với nhau. Có bốn loại tương tác cơ bản: Tương tác điện từ; tương tác
mạnh (tương tác giữa các hrôn); tương tác yếu (tương tác giữa các leptôn); tương tác hấp dẫn (tương tác giữa
các hạt có khối lượng khác 0).
32. CẤU TẠO VŨ TRỤ
* Hệ Mặt Trời
Hệ Mặt Trời gồm Mặt Trời, các hành tinh và các vệ tinh.
+ Mặt Trời là thiên thể trung tâm của hệ Mặt Trời, có bán kính lớn hơn 109 lần bán kính Trái Đất, có khối lượng
bằng 333000 khối lượng Trái Đất. Mặt Trời là một khối khí nóng sáng với khoảng 75% hiđrô và 23% hêli. Nhiệt
độ mặt ngoài Mặt Trời là 6000
0
K, nhiệt độ trong lòng Mặt Trời lên đến hàng ngàn triệu độ. Nguồn năng lượng
Mặt Trời là các phản ứng nhiệt hạch.
+ Các hành tinh: Trong hệ Mặt Trời có 8 hành tinh, theo thứ tự từ trong ra ngoài: Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất,
Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên vương tinh và Hải vương tinh. Chúng chuyển động quanh Mặt Trời theo cùng
chiều quay của bản thân Mặt Trời quanh mình nó. Xung quanh mỗi hành tinh có các vệ tinh. Các hành tinh của
hệ Mặt Trời được chia thành hai nhóm: “nhóm Trái Đất” và “nhóm Mộc tinh”.
+ Các tiểu hành tinh: Ngoài các hành tinh đã kể trên, trong hệ Mặt Trời còn có các hành tinh nhỏ có bán kính từ
vài km đến vài trăm km, chuyển động trên các quỹ đạo có bán kính từ 2,2 đến 3,6 đvtv (1 đvtv = 150.10
6
km: là
khoảng cách trung bình từ Trái Đất đến Mặt Trời).
+ Sao chổi: là những khối khí đóng băng lẫn với đá, có đường kính vài km, chuyển động quanh Mặt Trời theo
những quỹ đạo elip rất dẹt.
+ Thiện thạch: là những tảng đá chuyển động quanh Mặt Trời.
* Các sao và thiên hà
+ Mỗi ngôi sao ta nhìn thấy trên bầu trời về ban đêm là một khối khí nóng sáng như Mặt Trời. Nhiệt độ trong
lòng các sao lên đến hàng chục triệu độ, trong đó xảy ra các phản ứng nhiệt hạch. Khối lượng các sao trong
khoảng từ 0,1 đến vài chục lần khối lượng Mặt Trời.
Các cặp sao là các sao có khối lượng tương đương nhau, quay xung quanh một khối tâm chung, gọi là sao đôi.

Có những sao không phát sáng, đó là các punxa và các lỗ đen. Punxa được cấu tạo toàn bằng nơtron. Chúng có
từ trường rất mạnh và quay rất nhanh quanh một trục. Lỗ đen cũng được cấu tạo từ các nơtron, nhưng được xếp
khít với nhau tạo ra 1 loại chất có khối lượng riêng rất lớn, nên có thể hút bất kì một khối chất nào lại gần nó.
15
Ngoài ra còn có những “đám mây” sáng. Đó là những tinh vân. Tinh vân là các đám bụi khổng lồ được rọi
sáng bởi các ngôi sao gần đó hoặc những đám khí bò ion hóa phóng ra từ sao mới hay siêu mới.
+ Thiên hà là một hệ thống sao gồm nhiều loại sao và tinh vân. Đa số các thiên hà có dạng hình xoắn ốc. Đường
kính của thiên hà khoảng 100.000 năm ánh sáng.
+ Ngân Hà: là thiên hà có chứa hệ Mặt Trời của chúng ta. Thiên Hà có cấu trúc hình xoắn ốc, đường kính
khoảng 100.000 năm ánh sáng.
+ Các đám thiên hà: là tập hợp các thiên hà.
+ Các quaza: là một loại cấu trúc mới, nằm ngoài thiên hà, phát xạ mạnh một cách bất thường các sóng vô tuyến
và tia X. Công suất phát xạ của quaza lớn đến mức phản ứng nhiệt hạch cũng không đủ cung cấp năng lượng cho
quá trình phát xạ này.
16