Bài 44: Thuyết lượng tử ánh sáng. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng - Giải BT Vật Lí 12 nâng cao
Bài C1 (trang 226 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Hãy tính năng lượng của phôtôn ứng với ánh sáng đỏ λ = 0,75μm
Bài giải:Năng lượng phôtôn ứng với ánh sáng đỏ (λ = 0,75μm) là:
ε = hc/λ = 6,625.10−34.3.108 / (0,75.10−6) = 2,65.10−19(J)
Bài C2 (trang 227): Theo em, trong chùm sáng màu đỏ có mấy loại phôtôn?
Bài giải:Chùm sáng màu đỏ là chùm bao gồm tất cả ánh sáng đơn sắc trong vùng màu đỏ có bước sóng từ 0,64μm - 0,76μm.
=> Có vô số loại phôtôn có năng lượng tính theo công thức ε = h. c/λ.
Bài C3 (trang 227): Giải thích vì sao các êlectron nằm trong khối kim loại lại có động năng ban đầu (khi bứt ra) nhỏ hơn 
.
Hiện tượng quang điện xảy ra là do êlectron trong kim loại hấp thụ năng lượng của phôtôn kích thích. Phôtôn bị hấp thụ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho electron. Ta xem trường hợp phôtôn đến va chạm vào bề mặt kim loại vào truyền hết năng lượng ε của nó cho electron, tuỳ theo vào thời điểm đó, electron đang ở vị trí nào, nông hay sâu đối với bề mặt kim loại mà năng lượng ε này được dùng để:
- Cung cấp cho electron một công A, gọi là công thoát, giúp electron thắng được lực liên kết với mạng tinh thể và thoát ra khỏi bề mặt kim loại.
- Nếu electron này nằm ngay trên lớp bề mặt kim loại thì nó có thoát ra khỏi kim loại ngay mà không mất mát năng lượng truyền cho mạng tinh thể. Động năng ban đầu của electron này sẽ có giá trị cực đại .
- Các electron ở sâu bên trong nên khi nhận được năng lượng từ phôtôn đã phải bị hao phí thêm năng lượng truyền cho các ion kim loại, do đó động năng ban đầu bật ra khỏi kim loại không thể cực đại được, mà nhỏ dần nếu electron càng ở sâu bên trong.
Bài C4 (trang 228): Vận dụng công thức (44.2) hãy giải thích định luật quang điện thứ ba.
Bài giải:Từ công thức Anh-xtanh: 
ta nhận thấy động năng ban đầu cực đại của electron 
khi thoát ra khỏi bề mặt kim loại phụ thuộc vào bước sóng λ của ánh sáng kích thích và phụ thuộc vào công thoát A đặc trưng cho mỗi kim loại khác nhau.
Đây cũng chính là nội dung của định luật quang điện thứ ba.
Bài C5 (trang 228): Sóng và hạt có đặc điểm gì khác biệt nhau?
Bài giải:Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt, tuy nhiên tuỳ theo độ dài của bước sóng mà trong thực nghiệm ta nhận thấy ánh sáng thể hiện tính chất nào trội hơn:
+ Tính chất sóng thể hiện rõ nét với ánh sáng có bước sóng dài từ 0,38μm trở lên (vùng ánh sáng khả kiến, hồng ngoại và sóng vô tuyến) vì chúng dễ thực hiện các thực nghiệm giao thoa, nhiễu xạ.... đặc trưng cho bản chất sóng và khó thực hiện các tác dụng đâm xuyên, ion hoá, quang điện.... thể hiện bản chất hạt.
+ Tính chất hạt thể hiện mạnh với ánh sáng có bước sóng ngắn từ 0,38μm trở xuống (vùng ánh sáng không khả kiến gồm tử ngoại, tia X và gamma) như có thể gây ra hiệu ứng quang điện, ion hoá không khí, đâm xuyên.... và thể hiện bản chất sóng rất yếu như khó thực hiện giao thoa, nhiễu xạ....
Câu 1 (trang 229 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Trình bày nội dung của thuyết lượng tử ánh sáng.
Bài giải:* Giả thuyết Plăng
Lượng năng lượng mà mỗi lần nguyên tử hoặc phân tử hấp thụ hoặc bức xạ có một giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf, trong đó h = 6,625.10-34 J, s là hằng số Plăng, f là tần số của ánh sáng ứng với bức xạ đang xét (Hz).
* Thuyết lượng tử ánh sáng
+ Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn.
+ Trong chùm ánh sáng đơn sắc có tần số f thì mỗi phôtôn có một năng lượng không đổi là ε = h. f = hc/λ trong đó: c là vận tốc ánh sáng trong chân không, λ là bước sóng trong chân không của ánh sáng đang xét.
+ Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108 m/s dọc theo tia sáng.
+ Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ thì chúng phát xạ và hấp thụ một phôtôn.
+ Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động, không có phôtôn đứng yên.
Câu 2 (trang 229): Giải thích các định luật quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng.
Bài giải:Xem mục 2 phần KTCB.
Câu 3 (trang 229): Thế nào là lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng?
Bài giải:Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng là ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Trong một số hiện tượng như giao thoa, nhiễu xạ,... thì thể hiện tính chất sóng, trong một số hiện tượng như quang điện thì thể hiện tính chất hạt. Bước sóng ánh sáng càng bé tính chất hạt càng rõ, tính chất sóng mờ nhạt và ngược lại.
Bài 1 (trang 229 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Theo giả thuyết lượng từ của Plang thì năng lượng của
A. Mọi electron.
B. Mọi nguyên tử.
C. Phân tử mọi chất.
D. Một chùm sáng đơn sắc phải luôn luôn bằng một số nguyên lần lượng tử năng lượng.
Bài giải:Đáp án đúng là: D
Giải thích:
Theo giả thuyết lượng tử của Plăng thì năng lượng của một chùm sáng đơn sắc phải luôn luôn bằng một số nguyên lần lượng tử năng lượng.
Bài 2 (trang 229): Theo thuyết photon của Anh – xtanh, thì năng lượng
A. Của mọi photon đều bằng nhau.
B. Của một photon bằng một lượng tử năng lượng.
C. Giảm dần, khi photon càng rời xa nguồn.
D. Của photon không phụ thuộc bước sóng.
Bài giải:Đáp án đúng là: B.
Giải thích:
Trong chùm ánh sáng đơn sắc có tần số f thì mỗi phôtôn có một năng lượng không đổi là ε = h. f = hc/λ trong đó: c là vận tốc ánh sáng trong chân không, λ là bước sóng trong chân không của ánh sáng đang xét.
Bài 3 (trang 229): Công thức Anh – xtanh về hiện tượng quang điện là:
Bài giải:
Đáp án đúng là: B.
Giải thích:
Công thức Anh – xtanh về hiện tượng quang điện là: 
Bài 4 (trang 229): Chiếu một chùm ánh sáng có bước sóng 400 nm vào catot bằng natri của một tế bào quang điện. Biết giới hạn quang điện của natri là 0,50 μm, hãy tính vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện.
Bài giải:Áp dụng công thức Anh – xtanh: 
Ta có:
Bài 5 (trang 229): Chiếu vào catot của một tế bào quang điện một chùm ánh sáng có bước sóng 0,330 μm. Biết rằng để triệt tiêu dòng quang điện phải đặt một hiệu điện thế hãm bằng 1,38 V giữa anot và catot. Hãy xác định công thoát của electron khỏi kim loại và giới hạn quang điện của kim loại làm catot.
Bài giải: Từ các công thức: 
Ta có: 
Thay số (Uh = 1,38V; λ = 0,330μm = 0,330.10(-6) m)
Ta được: A = 3.81.10-19 J.
Áp dụng công thức: λ0 = hc/A = 5,21.10-7m
Bài trước: Bài 43: Hiện tượng quang điện ngoài. Các định luật quang điện - Giải BT Vật Lí 12 nâng cao