Bài 30

Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

Đặt vấn đề
Chúng ta đã biết các đầu thu (detector) trên cửa tự động ghi nhận tia hồng ngoại
phát ra từ cơ thể người để đóng mở cửa, vậy nó ghi nhận bằng cách nào?

Các đầu thu (detector) ghi nhận dựa trên hiện tượng quang điện. Vậy hiện tượng quang điện là gì?

I

Hiện tượng quang điện

1. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện

I

Hiện tượng quang điện

1. Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện

Gắn tấm kẽm tích điện âm vào tĩnh
điện kế, kim điện kế lệch một góc
nào đó
Chiếu ánh sáng phát ra từ đèn hồ
quang vào tấm kẽm, góc lệch của
kim điện kế giảm đi
Thay tấm kẽm bằng kim loại khác
(Cu, Al, Ag,Ni…) hiện tượng xảy ra
tương tự

Ánh sáng từ đèn hồ quang đã làm bật electron ra khỏi tấm kẽm

I

Hiện tượng quang điện

2. Định nghĩa

Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi
mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài).
Ánh sáng

Electron

Tấm kim loại

I

Hiện tượng quang điện
Đèn hồ quang phát ra ánh sáng có nhiều bước sóng khác nhau như tia tử ngoại, ánh sáng
nhìn thấy, tia hồng ngoại… vậy cụ thể bức xạ nào đã làm bật electron ra khỏi tấm kẽm?
Chắn chùm sáng hồ
quang bằng thủy tinh
thì hiện tượng không
xảy ra. Vì thủy tinh hấp
thụ mạnh tia tử ngoại

Bức xạ tử ngoại gây
ra hiện tượng quang
điện ở kẽm còn ánh
sáng nhìn thấy
được thì không

II

Định luật về giới hạn quang điện

Ánh sáng kích thích chỉ có thể làm bật electron ra khỏi một kim loại khi bước
sóng của nó ngắn hơn hoặc bằng giới hạn quang điện của kim loại đó.

𝜆h𝑞 ≤ 𝜆 𝑘𝑡
Giá trị giới hạn quang điện của mỗi
kim loại phụ thuộc vào bản chất
của mỗi kim loại đó.

III Thuyết lượng tử ánh sáng
1. Giả thuyết Planck
Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay
phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác
định và bằng hf; trong đó f là tần số của ánh sáng bị
hấp thụ hay được phát ra, còn h là một hằng số.
Max Planck (1858-1947)
Nhà vật lý người Đức

2. Lượng tử năng lượng

Lượng năng lượng nói ở trên gọi là lượng tử năng lượng, kí hiệu bằng 

h𝑐
𝜀=h𝑓 =
𝜆

h: hằng số Planck

h=6,625. 10

−34

𝐽𝑠

Vận dụng
Lượng tử năng lượng của ánh sáng đỏ (0,75 μm) là
A. 26,5 J

B. 8,83 .10 - 5 J

C. 26,5.10 -19 J

D. 8,83.10 -20 J

8

𝑐
3.1 0
−34
−19
𝜀=h =6,625.1 0
=26,5.1 0 𝐽
−6
𝜆
0,75.1 0

III Thuyết lượng tử ánh sáng
3. Thuyết lượng tử ánh sáng
a. Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn.
b. Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau,
mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf.
c. Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108m/s dọc theo các tia sáng.
d. Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng
phát ra hay hấp thụ một phôtôn.

VD: Trong hiện tượng quang điện,
các electron hấp thụ các photon
ánh sáng và bứt ra ngoài

III Thuyết lượng tử ánh sáng
4. Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng
 Hiện tượng quang điện xảy ra do sự hấp
thụ photon của ánh sáng kích thích bởi
các electron trong kim loại
 Mỗi photon bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ
năng lượng của nó cho một electron
 Muốn electron bứt ra khỏi kim loại phải
cung cấp cho nó một công để “thắng” các
liên kết. Công này gọi là công thoát (A)

Hiện tượng quang điện xảy ra khi năng lượng của photon ánh sáng kích
thích lớn hơn hoặc bằng công thoát (A)

hf  A

 h  A

hay  h

Đặt

h𝑐
𝜆0 =
𝐴



𝜆 ≤ 𝜆0

IV Lưỡng tính sóng-hạt của ánh sáng
Ánh sáng vừa có tính chất sóng

Ánh sáng vừa có tính
chất sóng lại vừa có
tính chất hạt nên ta nói
ánh sáng có
lưỡng tính sóng - hạt.

Ánh sáng vừa có tính chất hạt

Sóng ánh
sáng là sóng
điện từ.

Củng cố
Câu 1: Hiện tượng nào dưới đây là hiện tượng quang điện?
A. Electron bứt ra khỏi kim loại khi bị nung nóng.
B. Electron bứt ra khỏi kim loại khi có ion đập vào.
C. Electron bị bật ra khỏi một nguyên tử khi va chạm với
một nguyên tử khác.
D. Electron bị bật ra khỏi mặt kim loại khi bị chiếu sáng.

Củng cố
Câu 3 (TN 2009) Giới hạn quang điện của kim loại Natri
là 0.5m. Hiện tượng quang điện sẽ xảy ra khi chiếu
vào bề mặt tấm kim loại natri bức xạ
A. màu da cam.
B. tia hồng ngoại.
C. tia tử ngoại.
D. màu đỏ.

Củng cố
Câu 2. (TN2012)Theo thuyết lượng tử ánh sáng, phát
biểu nào sau đây là sai?
A. Ánh sáng được tạo thành từ các hạt gọi là phôtôn.
B. Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động.
C. Trong chân không phôtôn bay với tốc độ bằng tốc độ ánh

sáng c = 3.108 m/s.
D. Phôtôn của mỗi ánh sáng đơn sắc đều mang năng lượng
như nhau.

Củng cố
Câu 4: TN 2011. Trong chân không, ánh sáng tím có bước
sóng 0,4 m. Mỗi phôtôn của ánh sáng này mang năng
lượng xấp xỉ bằng
A.
B.
C.
D.

2,49.10-19 J
2,49.10-31 J
4,97.10-31 J
4,97.10-19 J