Dạng 1: Hiện tượng quang điện - Công thức Anhxtanh

Qua bài giảng này, các em sẽ được làm quen với các kiến thức liên quan đến Hiện tượng quang điện và công thức Anhxtanh cùng với các bài tập liên quan theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…, các em cần phải nắm được : 

• Trình bài được thí nghiệm Héc về hiện tượng quang điện và nêu được định nghĩa hiện tượng quang điện .

• Phát biểu được định luật về giới hạn quang điện .

Hôm nay chúng ta học dạng đầu tiên của bài Hiện tượng quang điện là bài Hiện tượng quang điện - Công thức Anhxtanh. Ở SGK, chương trình Vật lý nâng cao viết ra rất nhiều, thậm chí Định luật quang điện chia làm 3 định luật nhưng chương trình cơ bản lại rất gọn.

Đề thi những năm gần đây cho giao nhau giữa chương trình cơ bản với nâng cao cho nên chúng ta sẽ học những phần giao nhau. Những bạn nào học nâng cao thì có Đinh luật 2, Định luật 3 của Đinh luật quang điện.

1. Lượng tử năng lượng
\(\varepsilon = h.f = h.\frac{c}{\lambda }\)
Với: h = 6,625.10^-34 J.s: hằng số Plăng
       f: tần số của ánh sáng đơn sắc
       c = 3.10⁸ m/s: tốc độ của ánh sáng trong chân không
       \(\lambda\) (m): bước sóng của ánh sáng trong chân không

2. Công suất bức xạ
\(P = N\varepsilon = N.h.f = N.\frac{hc}{\lambda }\)
P (W): Công suất bức xạ
N: số phôtôn phát ra trong 1s

3. Hiệu suất lượng tử
\(H = \frac{n}{N}\)
Với n là số electron bật ra trong 1s

4. Giới hạn quang điện
\(\lambda _0 = \frac{hc}{A}\)
Với A là công thoát của electron khỏi kim loại
A (J) ⇒ 1eV = 1,6.10^-19 J

5. Công thức Anhxtanh
Năng lượng 1 phôtôn \(\varepsilon\):
+ Nội năng Q
+ Công thoát A
+ Động năng ban đầu E_đo
⇒ \(\varepsilon\) = Q + A + E_đo
Đối với electron ở bề mặt kim loại ⇒ Q = 0; E_{đo max}
⇒ \(\varepsilon\) = A + E_{đo max} ⇔ \(h.f = A + \frac{1}{2}mv_{0\ max}^{2}\)
Công thức Anhxtanh \(\Rightarrow h.\frac{c}{\lambda } = h.\frac{c}{\lambda _0} + \frac{1}{2}mv_{0\ max}^{2}\)
\(\Rightarrow v_{0\ max} = \sqrt{\frac{2hc}{m}\left ( \frac{1}{\lambda } - \frac{1}{\lambda _0}\right )}\)
Với m = m_e = 9,1.10^-31 kg: khối lượng electron

VD1: Một nguồn sáng chỉ phát ra ánh sáng đơn sắc có f = 5.10¹⁴ Hz. Số phôtôn nguồn phát ra trong mỗi giấy bằng 3.10¹⁹ hạt. Tìm công suất bức xạ của nguồn?
Giải:
\(P = N. \varepsilon = N. h. f\)
⇒ P = 3.10¹⁹.6,625.10^-34.5.10¹⁴ = 9,9375 W

VD2: Chiếu chùm bức xạ có bước sóng 0,18 \(\mu\)m vào bề mặt một miếng kim loại có giới hạn quang điện 0,3 \(\mu\)m. Cho rằng năng lượng của mỗi phôtôn được dùng để cung cấp công thoát electron phần còn lại biến hoàn toàn thành động năng. Tìm vận tốc cực đại của các electon?
Giải:
\(\lambda = 0,18 \mu m = 0,18.10^{-6}m;\ \lambda _0= 0,3 \mu m = 0,3.10^{-6}m\)
CT Anhxtanh \(\Rightarrow v_{0\ max} = \sqrt{\frac{2hc}{m}\left ( \frac{1}{\lambda }-\frac{1}{\lambda _0} \right )}\)
\(\Rightarrow v_{0\ max} = \sqrt{\frac{2.6,625.10^{-34}.3.10^8}{9,1.10^{-31}}\left ( \frac{1}{0,18.10^{-6}}-\frac{1}{0,3.10^{-6}} \right )} = 9,85.10^5\ m/s\)