Title CĐ Bồi dưỡng HSG Vật Lý lớp 12 - Chương 11 - TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG.docx ✅

CHƯƠNG XI TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG XI.1 PHOTON-ÁP SUẤT ÁNH SÁNG 2 XI.2 HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN 10 XI.3 HIỆU ỨNG COMPTON 12 XI.4 CÁC MẪU NGUYÊN TỬ CỔ ĐIỂN. 22 XI.1 LỜI GIẢI PHOTON-ÁP SUẤT ÁNH SÁNG 29 XI.2 LỜI GIẢI HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN 44 XI.3 LỜI GIẢI HIỆU ỨNG COMPTON 48 XI.4 LỜI GIẢI CÁC MẪU NGUYÊN TỬ CỔ ĐIỂN 74 XI.1 PHOTON-ÁP SUẤT ÁNH SÁNG
1. Các đặc trưng của photon. Einstein cho rằng ánh sáng là dòng các “hạt” riêng biệt. Những hạt này đầu tiên Planck gọi là các lượng tử ánh sáng, còn Einstein gọi là các photon. - Năng lượng của photon tần số  là 34 h,h6,626.10Js - Mối liên hệ giữa bước sóng  và tần số  của photon: c - Xung lượng (động lượng) của photon tính bằng công thức: hh p cc    - Khối lượng của photon: Theo thuyết tương đối, năng lượng của mỗi hạt có khối lượng m, vận tốc v là: 2 20 2 mc Emc 1   , trong đó m 0 là khối lượng nghỉ, v c . Nếu hạt có vận tốc bằng c thì năng lượng của nó cũng tăng lên  .Vì photon luôn chuyển động với vận tốc c, mà năng lượng của nó giới nội, chỉ bằng h . Vì vậy người ta phải giả thiết rằng photon có khối lượng nghỉ bằng 0 (m 0 = 0) . Kết luận này không có gì là nghịch lý cả,vì không thể chọn một hệ quy chiếu nào mà đối với nó photon lại nằm yên. Vì vậy 0m0, còn 2 h m c   . Người ta viết lại các công thức trên như sau:
Gọi 2 k   là số sóng, véctơ k → có hướng theo chiều chuyển động của photon là vectơ sóng, 2 là tần số vòng, và 34h 1,05.10Js 2   ℏ ( cũng gọi là hằng số Plank) thì công thức (1.1) và (1.3) được viết lại như sau: pk      ℏ →→ ℏ 2. Áp suất ánh sáng. Áp suất ánh sáng được xem như kết quả của việc truyền xung lượng của các photon cho các vật phản xạ hay hấp thụ ánh sáng. Từ các quan điểm sao chổi, Képler (1571 – 1630) đã cho rằng ánh sáng Mặt Trời gây nên một áp lực lên đám bụi sao chổi, khiến nó bị đẩy về phía sau tạo thành một duôi sao chổi rất dài. Theo quan điểm thuyết sóng điện từ, Maxwell đã tính được áp suất p gây ra bởi sóng điện từ tác dụng lên vật: P = )1(R c E  Trong đó c E là mật độ năng lượng của ánh sáng, còn R là hệ số phản xạ của mặt được rọi sáng. -Theo kết quả tính toán của Măcxoen, trong những ngày trời nắng, áp suất do ánh sáng Mặt Trời gây ra trên mặt đất có trị số bằng (hay khoảng) 4.10 -3 N/m 2 -Việc phát hiện bằng thực nghiệm một áp suất có trị số nhỏ như vậy là hết sức khó khăn. Áp suất ánh sáng đã được Măcxoen tiên đoán từ năm 1874, nhưng mãi tới năm 1900, lần
đầu tiên nhà bác học Nga Lebedev đã chế tạo được một dụng cụ đặc biệt cho phép phát hiện và đo được trị số của áp suất ánh sáng. Các phép đo của Lebedev đã kiểm nghiệm lại công thức (4.34) với độ chính xác khoảng 20%. Thí nghiệm này là một bằng chứng về bản chất điện từ của ánh sáng. Theo quan điểm của thuyết lượng tử ánh sáng, thì áp suất là kết quả của sự truyền xung lượng của các phôtôn cho các vật phản xạ hay hấp thụ ánh sáng. Chứng minh:Ta xét trường hợp chùm sáng đơn sắc tần số  chiếu vuông góc lên mặt vật. Gọi E là năng lượng của N phôtôn tới đập vuông góc trên một đơn vị diện tích bề mặt của vật trong 1 giây thì: N = h E Khi một phôtôn bị hấp thụ một xung lượng c h . Nếu một phôtôn bị phản xạ, xung lượng của nó đổi chiều, tức là biến đổi từ c h thành - c h , do đó nó truyền cho mặt phản xạ một xung lượng : p’=2mc=2hf/c Vậy trong một giây, một đơn vị diện tích của mặt hấp thụ hoàn toàn nhận một xung lượng: N c h = c E (2.1) Đây cũng chính là áp suất do dòng ánh sáng chiếu vuông góc gây ra trên bề mặt vật hấp thụ hoàn toàn. Vậy P ht = N ht c h = c E (2,2) Đối với bề mặt vật phản xạ hoàn toàn, áp suất của chùm sáng chiếu vuông góc bằng: P px = 2N px c h = 2 c E (2.3)