Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 12 cánh diều Bài 3: Lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

RẤT VUI GẶP LẠI CÁC EM TRONG TIẾT HỌC HÔM NAY!

Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất của sóng.

Hiện tượng quang điện lại chứng tỏ ánh sáng có tính chất của hạt.

Vậy ánh sáng là sóng hay là hạt?

KHỞI ĐỘNG

BÀI 3: LƯỠNG TÍNH SÓNG HẠT VÀ VÙNG NĂNG LƯỢNG

NỘI DUNG BÀI HỌC

I.

Lưỡng tính sóng - hạt

II.

Vùng năng lượng

I.

LƯỠNG TÍNH SÓNG - HẠT

1. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng

Câu 1(SGK - tr.65)

Hình 3.1. Chùm sáng loe ra khi truyền qua lỗ nhỏ

1. Ánh sáng sẽ truyền thế nào nếu lỗ tròn O ở thành hộp trong Hình 3.1 có kích thước lớn?

Ánh sáng truyền thẳng.

2. Nếu ánh sáng chỉ có tính chất hạt thì chùm sáng có bị loe ra ở thành hộp trong Hình 3.1 không? Vì sao?

Nếu chỉ có tính chất hạt thì ánh sáng hoặc không đi qua được lỗ hoặc truyền thẳng, không bị loe ra.

Hình 3.1. Chùm sáng loe ra khi truyền qua lỗ nhỏ

3. Ánh sáng có tính chất sóng hay có tính chất hạt?

Vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt.

GHI NHỚ

• Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng không truyền thẳng, quan sát được khi ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mép những vật trong suốt hoặc không trong suốt.

Hình 3.2. Hình ảnh nhiễu xạ ánh sáng qua lỗ tròn

• Ánh sáng có tính chất hạt và tính chất sóng được gọi là lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng.
• Lưỡng tính sóng hạt có ở cả những bức xạ điện từ khác.

Thể hiện càng rõ (ở hiện tượng quang điện, khả năng đâm xuyên, tác dụng phát quang,...)

Càng mờ nhạt.

Thể hiện rõ hơn (ở hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc,...).

Mờ nhạt.

Câu 2 (SGK - tr.65)

Bức xạ điện từ có lưỡng tính sóng - hạt. Vậy hạt electron có tính chất này không?

Giống như bức xạ

điện từ, hạt electron có tính chất sóng - hạt.

2. Sóng de Broglie

Giả thuyết của de Broglie:

• Các hạt (như electron, proton, neutron) cũng có tính chất sóng.
• Một hạt có khối lượng m và động lượng p có thể được biểu diễn bằng một sóng với bước sóng .

với h là hằng số Planck, bước sóngđược gọi là bước sóng de Broglie.

• Ta có:

(3.1)

• Sóng có bước sóng được biểu diễn bởi (3.1) với electron được gọi là sóng electron.

3. Nhiễu xạ electron

Ống nhiễu xạ electron:

Hình 3.4. Sơ đồ cấu tạo của ống nhiễu xạ electron

Nêu hiện tượng xảy ra khi hiệu điện thế giữa anode A và cathode K khoảng 3500 V đến 5000 V.

Dòng electron từ cathode K đi qua màng than chì B, sau đó đến đập vào màn M tạo ra hình ảnh nhiễu xạ là các vòng tròn đồng tâm.

Câu 3 (SGK - tr.67)

Nêu ví dụ chứng tỏ:

a) electron thể hiện tính sóng.

b) electron thể hiện tính hạt.

Sự nhiễu xạ electron như ở Hình 3.4:

Electron có khối lượng, mang điện tích xác định:

ꟷ

9,1094.10-31 kg

GHI NHỚ

Electron vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Tính chất kép này được gọi là lưỡng tính sóng - hạt của electron.

a)

Hình ảnh nhiễu xạ của tia X

sau khi đi qua một lá nhôm mỏng

b)

Hình ảnh nhiễu xạ của các electron

sau khi đi qua một lá nhôm mỏng

Giải

Ta có:

Luyện tập 1 (SGK - tr.67)

Tìm bước sóng deBroglie của một electron có động năng 120 eV.

ꟷ

Luyện tập 2 (SGK - tr.68)

Một electron và một neutron chuyển động với tốc độ sao cho chúng có bước sóng bằng nhau. Khối lượng của một electron là 9,11.10-31 kg và khối lượng của một neutron là 1,675.10-27 kg. Biết tốc độ của electron là 5,00.106 m/s. Tính tốc độ của neutron.

Giải

Ta có:

II.

VÙNG NĂNG LƯỢNG

►Hình 2.6. Sơ đồ một số mức năng lượng được phép của electron trong nguyên tử hydrogen

1. Mô hình vùng năng lượng trong chất rắn

Sơ đồ mức năng lượng của electron trong nguyên tử hydrogen cô lập có dạng giống như biểu diễn ở Hình 2.6:

Mô hình vùng năng lượng:

Trong chất rắn: các nguyên tử ở rất gần nhau, các electron ở một nguyên tử có thể tương tác với các electron ở các nguyên tử lân cận.

Vùng năng lượng là các vùng chứa rất nhiều mức năng lượng sát nhau.

Mỗi vùng bị ngăn cách với nhau bằng một khoảng trống không chứa mức năng lượng nào. Các khoảng trống này được gọi là vùng cấm.

Mô hình vùng năng lượng giúp phân loại kim loại, chất bán dẫn, chất cách điện và giải thích thành công tính chất dẫn điện của các chất.

Ý nghĩa:

Nêu một điểm giống nhau và một điểm khác nhau trong sơ đồ các mức năng lượng của nguyên tử cô lập và nguyên tử trong chất rắn.

Câu 4 (SGK - tr.68)

Đều có khoảng trống giữa các mức năng lượng (đối với sơ đồ các mức năng lượng của nguyên tử cô lập) và vùng cấm (đối với sơ đồ mức năng lượng của nguyên tử trong chất rắn.

• Nguyên tử cô lập có các mức năng lượng riêng lẻ.
• Nguyên tử trong chất rắn có các vùng chứa rất nhiều mức năng lượng sát nhau.

2. Mô hình vùng năng lượng và điện trở của chất bán dẫn

a) Mô hình vùng năng lượng

Thế nào là chất bán dẫn?

Hãy mô tả mô hình vùng năng lượng trong chất bán dẫn.

• Chất bán dẫn là chất có điện trở suất nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện.

Ví dụ:

• Ở chất bán dẫn, các vùng năng lượng thấp đều đã bị chiếm đầy. Vùng trên cùng là vùng trống.

Độ rộng vùng cấm nằm giữa đỉnh của vùng được lấp đầy cao nhất (được gọi là vùng hoá trị) và đáy của vùng trống ngay phía trên nó (được gọi là vùng dẫn) rất nhỏ, cỡ từ 1 eV đến 3 eV.

Hình 3.7. Sơ đồ biểu diễn vùng năng lượng trong chất bán dẫn

Ở nhiệt độ phòng, một số electron có đủ năng lượng để vượt qua vùng cấm, chuyển lên vùng dẫn trở thành electron dẫn và để lại ở vùng hoá trị số lỗ trống (mang điện tích dương) tương ứng. Các lỗ trống ở vùng hoá trị và electron dẫn đều là hạt tải điện và cùng tham gia vào quá trình dẫn điện.

Hình 3.7. Sơ đồ biểu diễn vùng năng lượng trong chất bán dẫn

b) Điện trở của bán dẫn

Khi nhiệt độ tăng, điện trở của bán dẫn thay đổi như thế nào? Giải thích.

Điện trở của chất bán dẫn giảm.

Điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR) phụ thuộc vào ánh sáng như thế nào?

----------------------------------

----------------------- Còn tiếp -------------------------