Ôn luyện vật lý 12 Hiện tượng quang điện phát quang laze là tài liệu môn Vật Lý trong chương trình Lớp 12 được cungthi.vn tổng hợp và biên soạn. Tạo nguồn tài liệu giúp các bạn trong việc ôn tập
Những địa chỉ uy tín để bạn mua sách
Nội dung tóm tắt
LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Chủ đề 3
HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN. PHÁT QUANG. LAZE
I. CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN CẦN NHỚ
1. Hiện tượng quang điện (ngoài)
Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài, thường gọi tăt là hiện tượng quang điện. Các êlectron bị bật ra khỏi bề mặt kim loại gọi là quang electron hay electron quang điện.
2. Tế bào quang điện là một bình thạch anh đã hút hết không khí (tế bào quang điện chân không), bên trong có hai điện cực: anôt (A) và catôt (K). Nối anôt (A) với cực dương của nguồn điện, catôt (K) với cực âm và chiếu vào catôt chùm ánh sáng có bước sóng ngắn thì xảy ra hiện tượng quang điện và trong mạch xuất hiện dòng quang điện có cường độ I. Khi UAK U1 thì I giữ giá trị không đổi Ibh, gọi là cường độ dòng quang điện bão hòa Ibh; Ibh tăng tỉ lệ với cường độ chùm sáng chiếu vào catôt.
Đặc tuyến vôn - ampe của tế bào quang điện vẽ trên hình 3.1. I = Ibh khi toàn bộ số êlectron bị bật ra từ catôt đều đi tới anôt.
3. Các định luật quang điện
a) Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng 0, 0 được gọi là giới hạn quang điện của kim loại: 0 (1)
b) Đối với mỗi ánh sáng thích hợp (có 0), cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích.
c) Động năng ban đầu cực đại của các quang electron không phụ thuộc cường độ của chùm ánh sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại làm catôt.
4. Thuyết lượng tử ánh sáng
a) Giả thuyết lượng tử năng lượng của Plăng
Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định, gọi là lượng tử năng lượng, kí hiệu bằng chữ , có giá trị: = hf, trong đó f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát xạ ra, h là một hằng số gọi là hằng số Plăng:
h = 6,625. 10-34J.s
b) Thuyết lượng tử ánh sáng (hay thuyết phôtôn)
1. Chùm ánh sáng là một chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn có năng lượng xác định: = hf (2)
(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.
2. Phân tử, nguyên tử, êlectron ... 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 độ ánh sáng.
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.
5. Công thức Anh-xtanh về hiện tượng quang điện
Hiện tượng quang điện là kết quả của sự "va chạm" giữa phôtôn với electron trong kim loại: phôtôn bị quang êlectron hấp thụ hoàn toàn và nhường toàn bộ năng lượng
= hf của nó cho êlectron. Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng, ta có:
= A + Wđmax hay hf = (3)
(A là công thoát electron : Wđmax = là động năng ban đầu cực đại của electron
- Giới hạn quang điện: (4)
- Muốn cho dòng quang điện bị triệt tiêu hoàn toàn phải có:
(5)
(Uh: độ lớn của hiệu điện thế hãm; = 1,6.10-19C; m = 9,1.10-31kg)
- Hiệu suất của hiệu ứng quang điện (hiệu suất lượng tử):
(6)
- Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơn-ghen phát ra từ ống phát tia X:
với (7)
Wđ là động năng của êlectron khi tới đập vào đối catôt:
(8)
U là hiệu điện thế giữa anôt và catôt của ống Rơn-ghen.
6. Để giải thích hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ phải thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng. Để giải thích hiện tượng quang điện lại phải thừa nhận chùm sáng là chùm các phôtôn. Như vậy ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt. Tính chất sóng thể hiện rõ với ánh sáng có bước sóng dài, có tính chất hạt thể hiện rõ với ánh sáng có bước sóng ngắn.
7. Hiện tượng quang điện trong
Hiện tượng tạo thành các êlectron dẫn là lỗ trống trong một số chất bán dẫn (như Ge, Si, PbS, CdS,...), do tác dụng của bức xạ thích hợp, gọi là hiện tượng quang điện trong. Các chất này gọi là chất quang dẫn. đối với nhiều chất quang dẫn, bức xạ kích thích thích hợp nằm trong miền hồng ngoại. Hiện tượng này được ứng dụng để chế tạo quang điện trở và pin quang điện.
Hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn khi có bức xạ thích hợp chiếu vào gọi là hiện tượng quang dẫn.
Quang điện trở là một tấm bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi khi cường độ chùm sáng chiếu vào nó thay đổi. Quang điện trở thường được lắp với tranzito trong các thiết bị điều khiển bằng ánh sáng trắng các máy đo ánh sáng.
Pin quang điện là nguồn điện trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. Bộ phận chủ yếu của pin quang điện gồm một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p; giữa hai bán dẫn hình thành lớp tiếp xúc p-n. Khi chiếu ánh sáng thích hợp vào lớp bán dẫn p, thì ánh sáng gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng các cặp electron và lỗ trống. Điện trường ở lớp tiếp xúc p-n đẩy các electron xuống bán dẫn loại p, và lỗ trống bị giữ lại trong lớp p. Kết quả là có một hiệu điện thế được tạo thành giữa hai cực của p
