Thuyết Lượng Tử Ánh Sáng: Lý Thuyết, Công Thức, Bài Tập SGK

Là một chủ đề quan trọng trong chương trình vật lý cấp 3, thuyết lượng tử ánh sáng giải thích nhiều hiện tượng, ứng dụng nhiều trong sản xuất và đời sống. Xoay quanh chủ đề này có nhiều bài tập đòi hỏi các em phải nắm vững các lý thuyết và công thức thì mới có thể giải bài nhanh chóng, chính xác. Dưới đây là bài tổng hợp lý thuyết, công thức và một số dạng bài tập thường gặp về thuyết lượng tử ánh sáng mà Marathon muốn chia sẻ đến các em.

Hiện tượng quang điện

Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện

• Tiến hành gắn một tấm kẽm tích điện âm vào cần của một tĩnh điện kế. Sau đó chiếu một nguồn sáng do hồ quang phát ra vào tấm kim loại kẽm, ta thấy góc lệch của kim điện kế giảm đi.
• Thay tấm kẽm bằng kim loại khác, ta cũng thấy hiện tượng tương tự.

Điều này cho thấy, ánh sáng của hồ quang đã làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại.

Hiện tượng quang điện là gì?

Hiện tượng các hạt electron bật khỏi thanh kim loại được gọi là hiện tượng quang điện ngoài

Các định luật quang điện

• Với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng ngắn hơn hoặc bằng với giới hạn quang điện thì mới có thể gây ra hiện tượng quang điện.
• Định luật về giới hạn quang điện có thể được giải thích bằng hiện tượng lượng tử ánh sáng và ngược lại.

Giả thuyết Plăng về lượng tử ánh sáng

Một nguyên tử, phân tử không hấp thụ năng lượng một cách liên tục và hấp thụ năng lượng hoàn toàn xác định theo công thức:

Trong đó:

• h là hằng số Plăng,
• c là vận tốc ánh sáng trong chân không
• f là tần số của ánh sáng, bức xạ
• λ là bước sóng của ánh sáng, bức xạ

Chú ý: Năng lượng mà nguyên tử hấp thụ phải bằng số nguyên lần lượng tử năng lượng.

Thuyết lượng tử của Anhxtanh

Thuyết lượng tử ánh sáng của Anhxtanh gồm những nội dung sau:

• Ánh sáng được tạo bởi các hạt gọi là hạt photon, mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các photon đều giống nhau và mỗi photon mang một năng lượng bằng
• Các photon luôn tồn tại ở trạng thái chuyển động, và trong chân không chúng bay với tốc độ dọc theo các tia sáng.
• Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử ánh sáng không thay đổi và cũng không phụ thuộc vào khoảng cách truyền tới nguồn sáng.
• Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hoặc phát xạ ánh sáng nghĩa là chúng hấp thụ hoặc phát xạ một photon.

Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng

Các hiện tượng ánh sáng như khúc xạ, phản xạ, giao thoa ánh sáng, hiện tượng quang điện cho thấy ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt, ta nói ánh sáng có tính lưỡng tính sóng – hạt

Ngoài ra, ánh sáng cũng có bản chất điện từ

Nguyên cơ phát xạ ra tia Rơnghen

Như hình vẽ ta thấy:

\begin{aligned}
&\small\text{Khi tốt nóng K, electron sẽ bật ra với năng lượng ban đầu là: }W_{đo}
\\
&\small\text{Sau đó, các hạt electron này sẽ chuyển động dưới tác dụng của điện trường giữa 2 cực }U_{AK}:\\
& W_{đA} - W_{đK} = U_{AK}.e\\
\end{aligned}

Chúng chuyển động tới đối A nốt đập vào đối Anot và động năng của electron lúc này chuyển thành nhiệt và đồng thời giải phóng ra electron:

W_{đA} = Q + ε

Bước sóng ngắn nhất của tia Rơnghen được xác định theo công thức:

Tia Laser

Đặc điểm của tia laser

Tia laser là một nguồn phát ra tia sáng song song, có tính kết hợp và tính định hướng cao. Tia laser có tính đơn sắc cao và cường độ rất lớn.

Ứng dụng của tia laser

• Dùng như dao mổ trong phẫu thuật y học, chữa một số bệnh ngoài da nhờ vào tác dụng nhiệt
• Dùng trong thông tin liên lạc vô tuyến như: cáp quang, vô tuyến định vị, truyền thông tin trên tàu vũ trụ,…
• Dùng trong đĩa CD, đầu đọc đĩa,..
• Dùng làm công cụ khoan, cắt,…chính xác trong sản xuất, công nghiệp

Nguyên lý tạo ra tia laze

• Theo hiện tượng phát xạ cảm ứng, khi có một photon bay qua một nguyên tử đang ở trạng thái kích thích thì nguyên tử đó sẽ phát ra một photon bay cùng chiều, cùng pha và có năng lượng bằng với photon đó.
• Điều kiện: Cần có một môi trường hoạt tính, là môi trường mà các nguyên tử ở trạng thái kích thích có mật độ lớn hơn các nguyên tử trạng thái cơ bản.

Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education

Trên đây là những lý thuyết, công thức giải bài tập liên quan đến thuyết lượng tử ánh sáng mà Marathon Education đã tổng hợp cho các em. Lưu về ngay và ôn luyện cho những kì thi quan trọng sắp tới, cũng đừng quên đăng ký học trực tuyến online livestream cùng Marathon Education để củng cố kiến thức hiệu quả, tự tin hơn trong giải bài tập vật lý và nhiều môn học khác. Đến với Marathon Education, đảm bảo các em sẽ có những buổi học bổ ích và thú vị.