Lý thuyết lượng tử ánh sáng? Sơ đồ tư duy, công thức và bài tập 

9:20 29/01/2024

Thuyết lượng tử ánh sáng là một trong những học thuyết quan trọng trong chương trình Vật lý lớp 12 và thường xuyên xuất hiện trong đề thi THPT Quốc Gia. Để đạt điểm cao trong phần này đòi hỏi các em học sinh phải nắm vững lý thuyết và công thức lượng tử ánh sáng. Trong bài viết dưới đây BTEC FPT đã tổng hợp lại những lý thuyết trọng tâm và kinh nghiệm học thông qua sơ đồ tư duy cho các bạn học sinh tham khảo và áp dụng. 

lượng tử ánh sáng là gì
lượng tử ánh sáng là gì

Lượng tử ánh sáng là gì 

Thuyết lượng tử ánh sáng là một lý thuyết vật lý thống nhất các hiện tượng quang học như nhiễu xạ, tán xạ, khúc xạ và hấp thụ ánh sáng với khái niệm về các hạt lượng tử gọi là photon. Thuyết này được Albert Einstein đưa ra vào năm 1905 để giải thích hiện tượng quang điện, một hiện tượng trong đó ánh sáng có thể làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại. 

Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài (gọi tắt là hiện tượng quang điện). Hiện tượng quang điện là một hiện tượng quan trọng trong vật lý, có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như quang điện, quang điện tử,...

Nội dung Thuyết lượng tử ánh sáng:

  • Chùm ánh 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 sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng). Cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1 giây.
  • Phân tử, nguyên tử, electron… phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn.
  • Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s trong chân không. Năng lượng của mỗi phôtôn rất nhỏ. Một chùm sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều phôtôn do rất nhiều nguyên tử, phân tử phát ra. Vì vậy ta nhìn thấy chùm sáng liên tục. Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.

Theo thuyết lượng tử ánh sáng, ánh sáng không phải là một sóng liên tục, mà là một tập hợp các hạt rời rạc gọi là photon. Như vậy, năng lượng của photon cũng phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng. Ánh sáng có bước sóng ngắn hơn sẽ có năng lượng lớn hơn.

Dưới đây là một số định luật của thuyết lượng tử ánh sáng: 

  • Định luật quang điện thứ nhất (định luật về giới hạn quang điện) : Ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang điện của kim loại mới có thể gây ra hiện tượng quang điện.
  • Định luật quang điện thứ hai (định luật về cường độ dòng quang điện bão hòa): Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ kích thích.
  • Định luật quang điện thứ ba (định luật về động năng cực đại của quang electron): Động năng ban đầu cực đại của quang electron không phụ thuộc vào cường độ bức xạ kích thích, mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của bức xạ kích thích và bản chất của kim loại.

Thuyết lượng tử ánh sáng đã giải thích thành công nhiều hiện tượng quang học mà lý thuyết sóng ánh sáng truyền thống không thể giải thích được. Thuyết này đã có một vai trò quan trọng trong sự phát triển của vật lý hiện đại.

Sơ đồ lượng tử ánh sáng

Dưới đây là sơ đồ tư duy lượng từ ánh sáng tổng hợp lại các phần lý thuyết quan trọng về lượng từ ánh sáng bao gồm: hiện tượng quang điện, quang điện trong, thuyết lượng từ ánh sáng, hấp thụ quang, phát quang, hấp thụ - phản xạ ánh sáng, laser và tiên đề B mà các bạn học sinh có thể tham khảo: 

sơ đồ lượng tử ánh sáng
sơ đồ lượng tử ánh sáng

Các công thức lượng tử ánh sáng

Lượng tử ánh sáng: ε = hf

Trong đó:

  • E là năng lượng của photon (J)
  • h là hằng số Planck (6,626 x 10-34 J.s)
  • f là tần số của ánh sáng (Hz)

Bước sóng của ánh sáng theo công thức: f = c/λ

Trong đó:

  • c là tốc độ ánh sáng trong chân không (3 x 108 m/s)
  • λ là bước sóng của ánh sáng (m)

Giả thuyết Plăng về lượng tử ánh sáng: ε = hf = hc/λ

Trong đó:

  • h là hằng số Plăng, 
  • c là vận tốc ánh sáng trong chân không 
  • f là tần số của ánh sáng, bức xạ
  • λ là bước sóng của ánh sáng, bức xạ

Chú ý: Năng lượng mà nguyên tử hấp thụ phải bằng số nguyên lần lượng tử năng lượng.

Công thức tính tần số của ánh sáng: f = c/λ

Công thức tính động năng ban đầu cực đại của quang electron: KEmax = hf - ϕ

Trong đó:

  • KEmax là động năng ban đầu cực đại của quang electron (J)
  • hf là năng lượng của photon (J)
  • ϕ là công thoát của kim loại (J)

Công thức tính công thoát của kim loại: ϕ = hf - KEmax

Kinh nghiệm học lượng tử ánh sáng

Lý thuyết là nền tảng để học sinh giải bài tập. Do đó, học sinh cần học lý thuyết một cách cặn kẽ, hiểu rõ bản chất của các hiện tượng. Học sinh có thể hệ thống hóa kiến thức lý thuyết đã học bằng sơ đồ tư duy để dễ dàng ghi nhớ hơn.  

Việc làm bài tập thường xuyên cũng là một cách hiệu quả để củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng giải bài tập. Học sinh nên làm nhiều dạng bài tập khác nhau, bao gồm cả bài tập trắc nghiệm và bài tập tự luận có mức độ từ dễ đến khó. Khi làm bài tập, học sinh cần chú ý phân tích đề bài, xác định phương pháp giải và kiểm tra lại kết quả.

Ngoài sách giáo khoa, học sinh có thể tham khảo thêm các nguồn tài liệu khác như sách bài tập, sách tham khảo, các tài liệu trên mạng,... Các nguồn tài liệu này sẽ giúp học sinh mở rộng kiến thức và hiểu rõ hơn các hiện tượng lượng tử ánh sáng.

Học tập là một quá trình lâu dài và cần có sự kiên trì. Học sinh cần dành thời gian và công sức để học tập lượng tử ánh sáng một cách hiệu quả. 

kinh nghiệm học lượng từ ánh sáng
kinh nghiệm học lượng từ ánh sáng

Trên đây là lý thuyết lượng tử ánh sáng quan trọng mà BTEC FPT đã tổng hợp được. Hy vọng với bộ tài liệu này các bạn học sinh sẽ học tập tốt và đạt kết quả cao trong kỳ thi sắp tới! 

Tags:

Có thể bạn chưa đọc

  • Đặt câu hỏi tư vấn
  • BTEC FPT sẽ trực tiếp liên hệ lại với bạn trong vòng 48h để giải đáp cụ thể mọi thắc mắc về vấn đề tuyển sinh và học tập của bạn