Theo thuyết lượng tử ánh sáng, phát biểu nào sau đây là sai?

Câu hỏi: Theo thuyết lượng tử ánh sáng, phát biểu nào sau đây là sai?

A. Trong chân không, photon bay với tốc độ 3.10⁸ m/s dọc theo các tia sáng.

B. Photon của các ánh sáng đơn sắc khác nhau thì mang năng lượng khác nhau.

C. Năng lượng của một photon không đổi khi truyền trong chân không.

D. Photon tồn tại trong cả trạng thái đứng yên và trạng thái chuyển động.

Lời giải: 

Đáp án đúng: D. Photon tồn tại trong cả trạng thái đứng yên và trạng thái chuyển động

Giải thích:

Chỉ tồn tại ở trạng thái chuyển động

Cùng Top lời giải đi tìm hiểu chi tiết về thuyết lượng tử ánh sáng nhé.

A. Lý thuyết thuyết lượng tử ánh sáng

1. Giả thuyết Plang về lượng tử ánh sáng.

– Nguyên tử, phân tử không hấp thụ năng lượng một cách liên tục và hấp thụ một lượng năng lượng hoàn toàn xác định được gọi là lượng tử năng lượng

Trong đó 

+ h = 6,625.10^-34 là hằng số Plăng.

+ c = 3.10⁸ là vận tốc ánh sáng trong chân không

+ f: tần số của ánh sáng (của bức xạ)

λ: bước sóng của ánh sáng (của bức xạ).

=> Năng lượng mà vật hấp thụ hay bức xạ luôn phải là số nguyên lần lượng tử năng lượng.

2. Thuyết lượng tử của (thuyết phôtôn) của Anhtanh

* Năm 1905, dựa vào thuyết lượng tử để giải thích các định luật quang điện, Anh-xtanh đã đề ra thuyết phôtôn. Theo ông:

a. Chùm sáng là một chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn có năng lượng xác định ε = hf (f là tần số của ánh sáng có bước sóng đơn sắc tương ứng). Cường độ của chùm ánh sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong một giây.

b. Phân tử, nguyên tử, electron...phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghĩa là chúng hấp thụ hay phát xạ phôtôn

c. Các phôtôn chuyển động với vận tốc  c = 3.10⁸ m/s trong chân không

* Năng lượng của mỗi phôtôn rất nhỏ. Một chùm ánh sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều phôtôn do rất nhiều nguyên tử phát ra. Vì vậy ta thấy chùm sáng như liên tục.

* Một chùm sáng đơn sắc chứa các phôtôn giống nhau (cùng năng lượng). Cường độ chùm sáng tại một điểm tỉ lệ với số phôtôn trong chùm sáng đi qua một diện tích 1m² đặt tại điểm đó, vuông góc với tia sáng, trong 1 giây.

* Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.

3. Giải thích các định luật quang điện

- Định luật thứ nhất: Theo hệ thức Anh - tanh về hiện tượng quang điên thì mỗi phôtôn bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một êlectron. Muốn cho êlectron bứt ra khỏi mặt kim loại phải cung cấp cho nó một công để “thắng” các liên kết với mạng kim loại. Công này gọi là công thoát (A). Như vậy muốn cho hiện tượng quang điện xảy ra thì năng lượng của phôtôn ánh sáng kích thích phải lớn hơn hoặc bằng công thoát :

Từ đó suy ra:

Đặt: 

Ta có: λ ≤ λ₀

λ₀ : gọi là giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catôt

- Định luật thứ hai: Cường độ của dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với số quang electron bật r khỏi catôt trong một đơn vị thời gian. Với các chùm sáng có khả năng gây ra hiện tượng quang điện, thì số quang electron bị bạt ra khỏi bề mặt catôt trong một đơn vị thời gian lại tỉ lệ thuận với số phôtôn đập vào mặt catôt trong thời gian đó. Số phôtôn này tỉ lệ với cường độ  của chùm sáng tới. Suy ra cường độ của dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng chiếu đến catôt.

4. Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng

– Các hiện tượng như phản xạ, khúc xạ, giao thoa đỏ ánh sáng của tính chất sóng ( sóng điện từ ), các hiện tượng khác như quang điện ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt.

– Bước sóng càng dài thì tính chất sóng thể hiện càng rõ, bước sóng càng ngắn thì tính chất hạt thể hiện càng rõ.

5. Hiện tượng quang phát quang

– Định nghĩa: Hiện tượng quang phát quang là hiện tượng một số chất có khả năng hất thụ ánh sáng rồi phát ra các bức xạ thuộc vùng nhìn thấy

– Đặc điểm:

+ Mỗi một chất có một quang phổ đặc trưng

+ Hiện tượng phát quang thường xảy ra ở hiện tượng nhiệt độ thường

+ Sau khi ngừng kích thích hiện tượng phát quang vẫn còn tiếp tục

–  Phân loại: Có hai loại quang phát quang:

+ Sự huỳnh quang là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10^-8s), thường xảy ra với chất lỏng và khí.

+ Sự lân quang là sự phát quang có thời gian phát quang dài (10^-8s trở lên), thường xảy ra với chất rắn.

– Định luật X tốc về sự phát quang:  Ánh sáng phát quang có bước sóng l’ dài hơn bước sóng l của ánh sáng kích thích (ánh sáng mà chất phát quang hấp thụ): λ_phát’ > λ_{hấp thụ}

6. Nguyên cơ phát xạ ra tia Rơnghen

– Đốt nóng K thì electron sẽ bật ra với động năng ban đầu: Wđo – Sau đó e chuyển động dưới tác dụng của điện trường giữa 2 cực UAK WđA – WđK = UAK.e – e chuyển động tới đối A nốt đập vào đối Anot và động năng của e chuyển thành nhiệt và đồng thời giải phóng ra e: WđA = Q +ε Công thức xác định bước sóng ngắn nhất của tia Rơnghen

B. Bài tập

Ví dụ 1: Năng lượng của photon ứng với ánh sáng có bước sóng λ = 768nm là

A. 1,61eV            B.16,1eV          C. eV              D. 0,61eV

Hướng dẫn

Với bài tập này ta cần chú ý đổi đơn vị cho đúng

Ví dụ 2: Một nguồn laze phát ra ánh sáng đỏ bước sóng băng 630nm với công suất P= 40mW. Số photon bức xạ ra trong thời gian t=10s là

A.       83.106

B.        76.106

C.      95.106

D. 55.106

Hướng dẫn

Ta có:

=> Đáp án C

Ví dụ 3: Hai tấm kim loại A,B hình tròn được đặt gần nhau, đối diện và cách điện nhau. A được nối với cực âm và B được nối với cực dương của một nguồn điện 1 chiều. Để làm bứt các e từ mặt trong của tấm A , người ta chiếu chùm bức xạ đơn sắc công suất 4,9mW mà mỗi photon có năng lượng 9,8.10^-19 vào mặt trong của tấm A này. Biết rằng cứ 100 photon chiếu vào A thì có 1 e quang điện bị bứt ra. Một số e này chuyển động đến B để tạo ra dòng điện qua nguồn có cường độ 1,6μA Phần trăm e quang điện bức ra khỏi A không đến được B là

A. 20%                       B. 30%                     C. 70%                      D. 80%

Hướng dẫn