Ôn tập kiến thức môn Vật lí 12 - Chuyên đề: Lượng tử ánh sáng - Trường THPT Trung Sơn

 Đơn vị biên soạn: THPT Trung Sơn + THPT Xuân Huy
 Đơn vị thẩm định: DT Nội trú tỉnh, THPT Sông Lô
 CHUYÊN ĐỀ: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 
Buổi 1:
 A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
I. Hiện tượng quang điện(ngoài) - Thuyết lượng tử ánh sáng.
a. 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).
b. 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.
c. Thuyết lượng tử ánh sáng
+ Chùm ánh sáng là chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn có năng lượng xác định 
 h.c
(năng lượng của 1 phô tôn  = hf (J). Nếu trong chân không thì  h. f 
 
 f là tần số của sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng. h = 6,625.10-34 J.s : hằng số Plank; 
 c =3.108 m/s : vận tốc ánh sáng trong chân không.
+ Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1 giây.
+ Phân tử, nguyên tử, electron phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ 
phôtôn.
+ Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 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.
d. Giải thích các định luật quang điện
+ Giải thích định luật thứ nhất: Để có hiện tượng quang điện thì năng lượng của phôtôn phải lớn 
 hc hc hc
hơn hoặc bằng công thoát: hf = A =   0; với 0 = chính là giới hạn quang điện 
  0 A
của kim loại.
 hc 1
+ Công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện: hf = = A + mv 2 .
  2 0max
 hc
 - với 0 là giới hạn quang điện của kim loại: 0 = 
 A
 h.c
- Công thoát của e ra khỏi kim loại : A 
 0
 c
- Tần số sóng ánh sáng giới hạn quang điện : f 0 
  0
 với : V0 là vận tốc ban đầu cực đại của quang e (Đơn vị của V0 là m/s)
 0 là giới hạn quang điện của kim loại làm catot (Đơn vị của 0 là m; m; nm;pm)
 -31 -19
 m (hay me ) = 9,1.10 kg là khối lượng của e; e = 1,6.10 C là điện tích nguyên tố ; 
1eV=1,6.10-19J.
+Bảng giá trị giới hạn quang điện
 Chất kim loại o(m) Chất kim loại o(m) Chất bán dẫn o(m)
 Bạc 0,26 Natri 0,50 Ge 1,88
 Đồng 0,30 Kali 0,55 Si 1,11
 Kẽm 0,35 Xesi 0,66 PbS 4,14
 Nhôm 0,36 Canxi 0,75 CdS 0,90
e. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng
 1 B. CÁC DẠNG BÀI TẬP
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN:
1. Các công thức:
 hc
+ Năng lượng của phôtôn ánh sáng:  = hf . Trong chân không:  = .
 
 hc 1 2 hc
+ Công thức Anhxtanh: hf = = A + mv 0 max = + Wdmax; 
  2 0
 hc h.c
+ Giới hạn quang điện : 0 = ; Công thoát của e ra khỏi kim loại : A 
 A 0
 v0Max là vận tốc ban đầu của electron quang điện khi thoát khỏi catốt
 f,  là tần số, bước sóng của ánh sáng kích thích 
Lưu ý: 
+ Với U là hiệu điện thế giữa anot và catot, vA là vận tốc cực đại của electron khi đập vào anốt, vK = 
 1 2 1 2
v0Max là vận tốc ban đầu cực đại của electron khi rời catốt thì: e U = mv - mv
 2 A 2 K
 pt ptλ
+ Số hạt photôn đập vào: N = =
 λ ε hc
+ Công suất của nguồn sáng: P n n là số photon phát ra trong mỗi giây.  là lượng tử ánh 
sáng.
+ Cường độ dòng quang điện bão hòa: Ibh nee (Giả sử n= ne , với n là số electron đến được Anốt)
 ne là số quang electron bức ra khỏi catot mỗi giây = n số electron tới anot mỗi giây e là điện tích 
nguyên tố.
 n I hc
+Hiệu suất lượng tử: H e Hay : H = bh
 n pλ e
 ne là số electron bức ra khỏi catot kim loại mỗi giây. n là số photon đập vào catot trong mỗi 
giây.
2. Các hằng số Vật Lý và đổi đơn vị Vật Lý : 
 +Hằng số Plank: h = 6,625.10-34 J.s 
 8
 +Vận tốc ánh sáng trong chân không: c = 3.10 m/s 
 -19 -19
 +Điện tích nguyên tố : |e| = 1,6.10 C; hay e = 1,6.10 C 
 -31
 +Khối lượng của e : m (hay me ) = 9,1.10 kg 
 -19 -13
 +Đổi đơn vị: 1eV=1,6.10 J. 1MeV=1,6.10 J. 
 -19 -34 8 -31
3. Các dạng bài tập: Cho 1 eV = 1,6.10 J ; h = 6,625.10 Js ; c = 3.10 m/s; me = 9,1.10 kg.
Dạng 1: Tính giới hạn quang điện, công thoát và vận tốc cực đại ban đầu của e quang điện khi 
bật ra khỏi Katot.
Các Ví dụ : 
Ví dụ 1: Giới hạn quang điện của kẽm là o = 0,35m. Tính công thoát của êlectron khỏi kẽm?
 hc hc 6,625.10 34.3.108
HD giải: Từ công thức:  A =5,67857.10-19 J =3,549eV
 0 6
 A 0 0,35.10
Ví dụ 2: Giới hạn quang điện của Ge là o = 1,88m. Tính năng lượng kích họat (năng lượng cần 
thiết để giải phóng một êlectron liên kết thành êlectron dẫn) của Ge?
 hc hc 6,625.10 34.3.108
HD giải:Từ công thức:  A =1,057.10-19 J = 0,66eV
 0 6
 A 0 1,88.10
Ví dụ 3: Một kim loại có công thoát là 2,5eV. Tính giới hạn quang điện của kim loại đó :
 A. 0,4969  m B. 0,649  m C. 0,325  m D. 0,229  m
HD Giải: 
 3 n e
-Hiệu suất quang điện : H = 
 n 
Ví dụ 1: Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đơn sắc có =0,6m sẽ phát ra bao nhiêu photon trong 10s 
nếu công suất đèn là P = 10W.
 W P..t 10.0,6.10 6.10
Giải: N 3,0189.1020 = 3,02 .1020 photon
   h.c 6.625.10 34.3.108
Ví dụ 2: Nguồn Laser mạnh phát ra những xung bức xạ có năng lượng W 3000J . Bức xạ phát ra 
có bước sóng  480 nm . Tính số photon trong mỗi bức xạ đó?
Giải : Gọi số photon trong mỗi xung là N.( là năng lượng của một photon)
 Năng lượng của mỗi xung Laser: 
 W W. 3000.480.10 9
W N N 7,25.1021 photon
  h.c 6,625.10 34.3.108
 C. BT TRẮC NGHIỆM 
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN -THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
 Cấp độ 1, 2.
Câu 1 . Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc vào tấm kẽm có giới hạn quang điện 0,35m .Hiện tượng 
quang điện sẽ không xảy ra khi chùm bức xạ chiếu vào tấm kẽm có bước sóng là 
 A. 0,1m B. 0,2 m C. 0,3m D. 0,4m
Câu 2 . Chọn câu đúng 
 A. Sóng điện từ có bước sóng lớn thì năng lượng phô-tôn nhỏ 
 B. Hiện tượng quang điện chứng tỏ tính chất sóng của ánh sáng .
 C. Hiện tượng giao thoa dễ quan sát đối với ánh sáng có bước sóng ngắn .
 D. Những sóng điện từ có tần số càng lớn thì tính chất sóng thể hiện càng rõ .
Câu 3 . Trong các ánh sáng đơn sắc sau đây. Ánh sáng nào có khả năng gây ra hiện tượng quang 
điện mạnh nhất :
 A. ánh sáng tím B. ánh sáng lam.C. ánh sáng đỏ .D. ánh sáng lục .
Câu 4. Công thức liên hệ giữa giới hạn quang điện  0, công thoát A, hằng số Planck h và vận tốc 
ánh sáng c là 
 hA A c hc
 A.  0 = B.  0 = C.  0 = D.  0 = 
 c hc hA A
Câu 5 . Khi chiếu sóng điện từ xuống bề mặt tấm kim loại, hiện tượng quang điện xảy ra nếu 
 A. sóng điện từ có nhiệt độ đủ cao B. sóng điện từ có bước sóng thích hợp 
 C. sóng điện từ có cường độ đủ lớn D. sóng điện từ phải là ánh sáng nhìn thấy được
Câu 6 . Electron quang điện bị bứt ra khỏi bề mặt kim loại khi bị chiếu ánh sáng nếu 
 A. tần số ánh sáng nhỏ. 
 B. bước sóng của ánh sáng lớn.
 C. cường độ của chùm sáng rất lớn. 
 D. bước sóng nhỏ hơn hay bằng một giới hạn xác định.
Câu 7 . Phát biểu nào dưới đây về lưỡng tính sóng hạt là sai ?
A. Hiện tượng giao thoa ánh sáng thể hiện tính chất sóng.
B. Hiện tượng quang điện ánh sáng thể hiện tính chất hạt.
C. Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn càng thể hiện rõ tính chất sóng.
D. Các sóng điện từ có bước sóng càng dài thì tính chất sóng càng thể hiện rõ hơn tính chất hạt.
Câu 8. Hãy chọn câu đúng nhất. Chiếu chùm bức xạ có bước sóng  vào kim loại có giới hạn quang 
điện 0. Hiện tượng quang điện xảy ra khi 
 A.  > 0. B.  <  0. C.  =  0. D.  0 . 
Câu 9 . Chọn câu đúng. Nếu chiếu một chùm tia hồng ngoại vào tấm kẽm tích điện âm, thì 
 A. tấm kẽm mất dần điện tích dương. B. tấm kẽm mất dần điện tích âm. 
 C. tấm kẽm trở nên trung hoà về điện. D. điện tích âm của tấm kẽm không đổi.
Câu 10 . Giới hạn quang điện tuỳ thuộc vào
 A. bản chất của kim loại.
 5 Ta có: P = n n = =...
Câu 23. Một tấm kim ℓoại có giới hạn quang điện 0 = 0,6 μm, được chiếu sáng bởi bức xạ đơn sắc 
có bước sóng  = 0,5 μm. Hãy xác định vận tốc cực đại của e quang điện.
 A. 3,82.105m/s B. 4,57.105 m/s 
 C. 5,73.104m/s D. Hiện tượng quang điện không xảy ra.
Hướng dẫn:
[Đáp án A]
 2 2hc 1 1
 Áp dụng công thức: = + mv 0 v0 = = ...
 m  0 
Câu 24. Chiếu bức xạ có bước sóng phù hợp vào một tấm kim ℓoại, thì hiện tượng quang điện xảy 
ra. Người ta đo được cường độ dòng quang điện bão hòa ℓà I = 2mA. Hãy xác định số e quang điện 
phát ra trong một giây? Cho e = 1,6.10-19C.
 A. 1,25.1016 hạt B. 2.1016 hạt C. 2,15.1016 hạt D. 3.1015 hạt
Hướng dẫn:
[Đáp án A]
 Ta có: I = ne.e ne = =...
Câu 25. Một tấm kim ℓoại có giới hạn quang điện  0 = 0,6 μm, được chiếu sáng bởi 2 bức xạ đơn 
sắc có bước sóng 1 = 0,5 μm và 2 = 0,55 μm. Hãy xác định vận tốc cực đại của e quang điện.
 A. 3,82.105 m/s B. 4,57.105 m/s 
 C. 5,73.104 m/s D. Hiện tượng quang điện không xảy ra
Hướng dẫn:
[Đáp án A]
Khi tấm kim ℓoại bị chiếu sáng bởi 2 hay nhiều bức xạ khác nhau thì khi tính v max hoặc |Uh| ℓớn 
nhất theo bức xạ có năng ℓượng ℓớn nhất(tức ℓà có bước sóng nhỏ nhất).
Vì 1 < 2, Nên khi tính Vmax ta tính theo 1
 2hc 1 1 
 Áp dụng công thức: v0 = =...
 m  0 
II. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG
 Cấp độ 1, 2:
Câu 26. Chọn câu trả lời sai khi nói về hiện tượng quang điện và quang dẫn 
 A. đều có bước sóng giới hạn 0
 B. đều bứt được các êlectron ra khỏi khối chất 
 C. bước sóng giới hạn của hiện tượng quang điện bên trong có thể thuộc vùng hồng ngoại
 D. năng lượng cần để giải phóng êlectron trong khối bán dẫn nhỏ hơn công thoát của êletron 
khỏi kim loại 
Câu 27. Chọn câu sai :
 A. Pin quang điện hoạt động dựa vào hiện tượng quang dẫn.
 B. Pin quang địên và quang trở đều hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện ngoài 
 C. Pin quang điện là dụng cụ biến đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng thành điện năng.
 D. Quang trở là một điện trở có trị số phụ thuộc cường độ chùm sáng thích hợp chiếu vào nó.
Câu 28. Chọn câu trả lời đúng. Quang dẫn là hiện tượng 
 A. kim loại phát xạ electron lúc được chiếu sáng.
 B. dẫn điện của chất bán dẫn lúc được chiếu sáng.
 C. bứt quang electron ra khỏi bề mặt chất bán dẫn.
 D. điện trở của một chất giảm rất nhiều khi hạ nhiệt độ xuống rất thấp.
Câu 29 . Chọn câu trả lời đúng :Hiện tượng bức electron ra khỏi kim loại, khi chiếu ánh sáng kích 
thích có bước sóng thích hợp lên kim loại được gọi là 
 A. hiện tượng bức xạB. hiện tượng phóng xạ
 C. hiện tượng quang dẫnD. hiện tượng quang điện 
Câu 30 . Chọn câu sai khi so sánh hiện tượng quang điện ngoài và hiện tượng quang điện trong 
 A. đều làm bức électron ra khỏi chất bị chiếu sáng.
 7