ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG HỌC PHẦN VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A2 1 MỤC LỤC Nội dung 2 CHƯƠNG 1 Thuyết tương đối Số tiết: 3 (Lý thuyết: 2 tiết; bài tập, thảo luận: 1 tiết) *) Mục tiêu: - Hiểu được ý nghĩa của nguyên lí tương đối Einstein, nguyên lí về tính bất biến của ánh sáng. - Hiểu và vận dụng được phép biến đổi Lorentz, tính tương đối của không gian và thời gian. - Hiểu được khối lượng, động lượng tương đối tính, hệ thức EinStein và ứng dụng. 1.1. Các tiên đề Einstein 1.1.1. Nguyên lí tương đối Mọi định luật vật lý đều như nhau trong các hệ quy chiếu quán tính 1.1.2. Nguyên lí về sự bất biến của vận tốc ánh sáng Vận tốc ánh sáng trong chân không đều bằng nhau đối với mọi hệ quy chiếu quán tính. Nó có giá trị bằng c = 3.10 8 m/s và là giá trị vận tốc cực đại trong tự nhiên. Theo cơ học cổ điển Niutơn, lực tương tác giữa một chất điểm nào đó với các chất điểm khác chỉ phụ thuộc vào vị trí của chất điểm tại cùng thời điểm đó và tương tác được cho là truyền đi tức thời. Tuy nhiên thực nghiệm đã chứng vận tốc truyền tương tác có giá trị hữu hạn. Theo thuyết tương đối Einstein thì vận tốc truyền tương tác là như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính, nó là một hằng số phổ biến. Thực nghiệm chứng tỏ vận tốc này bằng vận tốc truyền ánh sáng trong chân không. Trong thực tế ta thường gặp các vận tốc nhỏ hơn vận tốc ánh sáng do đó trong cơ học cổ điển có thể coi vận tốc truyền tương tác là vô cùng lớn mà vẫn thu được kết quả chính xác. Như vậy, về mặt hình thức, có thể chuyển từ thuyết tương đối Einstein sang cơ học cổ điển bằng cách cho c → ∞ ở các công thức của cơ học tương đối tính. 1.2. Phép biến đổi Lorentz 1.2.1. Phép biến đổi Lorentz Lorentz đã tìm ra phép biến đổi các tọa độ không gian và thời gian khi chuyển từ hệ quy chiếu quán tính này sang hệ quy chiếu quán tính khác. Nó dựa trên cơ sở là hai tiên đề Einstein. Xét hai hệ quy chiếu quán tính K và K’. Tại thời điểm t = 0 thì O và O’ trùng nhau, hệ K’ chuyển động thẳng đều với vận tốc V so với hệ K dọc theo trục Ox. Gọi (x, y, z, t) là tọa độ và thời gian trong hệ K, (x’, y’, z’, t’) là tọa độ và thời gian trong hệ K’. Theo phép biến đổi Lorentz ta có biến đổi từ hệ K’ sang hệ K: 2 2 2 2 2 ' ; ' ; ' ; ' 1 1 V t x x Vt c x y y z z t V V c c + − = = = = − − (1.1) Và biến đổi từ hệ K sang hệ K’: 2 2 2 2 2 ' ' ' ; '; ; 1 1 V t x x Vt c x y y z z t V V c c + + = = = = − − . (1.2) Vậy, nếu c → ∞ hay khi V/c → 0 thì các công thức (1.1), (1.2) sẽ chuyển thành: ' ; ' ; ' ; ' ;x x Vt y y z z t t= − = = = và ' ; '; '; 'x x Vt y y z z t t= + = = = . Nghĩa là biến đổi thành các công thức của phép biến đổi Galileo. Các điều kiện trên tương ứng với tương tác tức thời. 3 Khi V > c thì các tọa độ x, t sẽ trở thành ảo nghĩa là không thể có các chuyển động với vận tốc lớn hơn vận tốc ánh sáng. Cũng không có trường hợp vận tốc bằng vận tốc ánh sáng do khi đó mẫu số trong các công thức sẽ bằng không và công thức trở nên vô nghĩa. 1.2.2. Sự mâu thuẫn của phép biến đổi Galileo với thuyết tương đối Einstein. Xét hai hệ quy chiếu quán tính K và K’. Hệ K’ chuyển động thẳng đều với vận tốc V so với hệ K dọc theo trục Ox. Theo phép biến đổi Galileo, thì thời gian diễn biến một quá trình vật lí trong K và K’ là như nhau ( t = t’ ). Và khoảng cách giữa hai điểm 1 và 2 nào đó đo được trong hai hệ trên là như nhau. Suy ra rằng vận tốc v của chất điểm đối với hệ K bằng v’ trong K’ cộng V: v = v’ + V. Các kết quả trên là đúng khi v << c. Nhưng mâu thuẫn với thuyết tương đối. Vì theo thuyết tương đối thì thời gian không có tính tuyệt đối tức là phụ thuộc vào hệ quy chiếu và khái niệm đồng thời phụ thuộc hệ quy chiếu, tức là các hiện tượng xảy ra đồng thời ở trong hệ quy chiếu quán tính này thì chưa chắc đã xảy ra đồng thời trong hệ quy chiếu quán tính khác. Ví dụ: Bóng đèn đứng yên trong hệ K và đặt ở A gửi ánh sáng đến hai điểm B và C, xét trong hai hệ K và K’ cho thấy định lí cộng vận tốc, một hệ quả của nguyên lí tương đối Galileo không áp dụng được. 1.3. Các hệ quả của phép biến đổi Lorentz 1.3.1. Khái niệm về tính đồng thời và quan hệ nhân quả Giả sử trong hệ K có hai biến cố A 1 (x 1 , y 1 , z 1 , t 1 ) và A 2 (x 2 , y 2 , z 2 , t 2 ) với x 1 ≠ x 2 . Ta tìm khoảng thời gian giữa hai hiện tượng đó trong hệ K’, chuyển động với vận tốc V so với hệ K dọc theo trục x. Từ các công thức biến đổi Lorentz ta có: ( ) 2 1 2 1 2 2 1 2 2 1 V t t x x c t t V c − − − ′ ′ − = − (1.3) Từ đó suy ra rằng các hiện tượng xảy ra đồng thời trong hệ K (t 1 = t 2 ) sẽ không đồng thời xảy ra trong hệ K’ (t’ 1 ≠ t’ 2 ). Chỉ có trường hợp ngoại lệ là cả hai biến cố cùng xảy ra tại những điểm có cùng giá trị x (x 1 = x 2 ). Như vậy khái niệm đồng thời là một khái niệm tương đối, hai biến cố có thể xảy ra đồng thời trong hệ quy chiếu này nhưng có thể không đồng thời xảy ra trong hệ quy chiếu khác. Ngoài ra, theo công thức (1.3) cũng có thể chỉ ra rằng dấu của (t’ 2 - t’ 1 ) phụ thuộc vào dấu của V(x 2 -x 1 ) nghĩa là thứ tự xảy ra các biến cố này là hoàn toàn bất kì. Tuy nhiên điều đang xét ở trên không áp dụng cho trường hợp các biến cố có mối quan hệ nhân quả với nhau. Trong mối quan hệ này, nguyên nhân bao giờ cũng xảy ra trước kết quả và quyết định sự ra đời của kết quả. 1.3.2. Sự co ngắn chiều dài (sự co ngắn Lorentz) Xét một thanh đứng yên trong hệ K’ đặt dọc theo trục x’, độ dài của nó trong hệ K’ bằng: 0 2 1 .l x x ′ ′ = − Gọi l là độ dài của nó đo trong hệ K. Ta xác định các vị trí đầu thanh trong hệ K tại cùng thời điểm. Ta có: 2 2 1 1 2 1 2 2 2 2 ; . 1 1 x Vt x Vt x x V V c c − − ′ ′ = = − − 4 Với chú ý rằng t 1 = t 2 , ta được: 2 2 1 2 1 0 2 2 2 1 1 x x V x x l l c V c − ′ ′ − = ⇒ = − − (1.4) Vậy “Độ dài dọc theo phương chuyển động của thanh trong hệ quy chiếu mà thanh chuyển động thì ngắn hơn độ dài của thanh ở trong hệ quy chiếu mà thanh đứng yên”. Nói một cách khác, khi vật chuyển động kích thước cả nó bị co ngắn theo phương chuyển động. Như vậy không gian có tính tương đối, nó phụ thuộc vào chuyển động. Trong trường hợp vận tốc chuyển động nhỏ từ công thức (1.4) ta trở về kết quả của cơ học cổ điển, không gian được coi là tuyệt đối không phụ thuộc vào chuyển động. 1.3.3. Sự giãn của thời gian Cũng từ công thức Lorentz ta tìm được khoảng thời gian của một quá trình trong hai hệ K và K’. Giả sử có một đồng hồ đứng yên trong hệ K’, xét một biến cố cùng xảy ra tại một điểm A(x’, y’, z’) trong hệ K’. Khoảng thời gian giữa hai biến cố trên trong hệ K’ là : ∆t’ = t’ 2 - t’ 1 . Ta tìm khoảng thời gian giữa hai biến cố trên trong hệ K. Áp dụng công thức (1.1) ta được: 2 2 ' 1 . V t t c ∆ = ∆ − (1.5) Điều này có nghĩa là khoảng thời gian xảy ra biến cố trong hệ quy chiếu K’ chuyển động bao giờ cũng ngắn hơn so với khoảng thời gian xảy ra biến cố đó trong hệ quy chiếu đứng yên. Nghĩa là nếu hai hệ K và K’ cùng được gắn đồng hồ đo thời gian thì đồng hồ trong hệ chuyển động sẽ chạy chậm hơn so với đồng hồ trong hệ đứng yên. Điều này nói lên rằng, thời gian có tính chất tương đối, nó phụ thuộc vào chuyển động. Trong trường hợp vận tốc chuyển động là nhỏ thì ta trở lại kết quả của cơ học cổ điển. 1.4. Động lực học tương đối tính 1.4.1. Phương trình cơ bản của chuyển động chất điểm Theo thuyết tương đối, khi một vật chuyển động với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng thì khối lượng của vật thay đổi theo biểu thức: 0 2 2 1 m m v c = − , trong đó m 0 là khối lượng của vật trong hệ quy chiếu mà nó đứng yên và được gọi là khối lượng nghỉ của vật. Phương trình của định luật 2 Newton không thể mô tả chuyển động của chất điểm, trong lí thuyết tương đối ta phải sử dụng phương trình tổng quát hơn: ( ) d F mv dt = r r , với m là khối lượng tương đối tính của chất điểm. Nếu v << c thì phương trình trở thành phương trình của định luật 2 Newton. 1.4.2. Động lượng và năng lượng Động lượng của một vật bằng: 0 2 2 1 m v p mv v c = = − r r r , khi v << c thì ta thu được biểu thức cổ điển : 0 p m v= r r . 5 Hệ thức Einstein: E = mc 2 , có ý nghĩa là: Khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật, năng lượng là đại lượng đặc trưng cho mức độ vận động của vật. Hệ thức Einstein có tác dụng nối liền mối quan hệ giữa hai đại lượng này. 1.4.3. Các hệ quả 1.4.3.1. Năng lượng nghỉ của vật: Là năng lượng của vật khi nó đứng yên 2 0 E m c= Khi vật chuyển động thì nó có thêm động năng: 2 2 2 0 0 2 2 1 1 1 d E mc m c m c v c    ÷  ÷ = − = −  ÷ −  ÷   . 1.4.3.2. Liên hệ giữa năng lượng và động lượng của vật: 2 2 2 2 0 .E m c p c= + *) Tài liệu học tập chương 1 1. Lương Duyên Bình, Ngô Phú An, Lê Băng Sương và Nguyễn Hữu Tăng(2003), Vật lý đại cương, tập 1, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội. 2. Lương Duyên Bình (2000), Bài tập vật lý đại cương, tập 1, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội. *) Câu hỏi, bài tập và thảo luận chương 1 Câu 1. Nêu giới hạn ứng dụng của cơ học Newton. Câu 2. Phát biểu hai tiên đề Einstein và viết biểu thức biến đổi Lorentz. Câu 3. Giải thích sự co ngắn của chiều dài và sự trôi chậm lại của thời gian. Câu 4. Phân tích tính tương đối của sự đồng thời giữa hai biến cố không có quan hệ nhân quả với nhau. Câu 5. Chứng tỏ cơ học Newton là trường hợp riêng của thuyết tương đối Einstein khi cho v<<c hoặc coi rằng vận tốc ánh sáng c là vô cùng lớn. Bài 1.1. Vật chuyển động phải có vận tốc bao nhiêu để người quan sát đứng trên hệ quy chiếu gắn với trái đất thấy chiều dài của nó giảm đi 25%. Bài 1.2. Tìm vận tốc của hạt Mezon để năng lượng toàn phần của nó lớn gấp 10 lần năng lượng nghỉ của nó. Bài 1.3. Khối lượng của êlectrôn chuyển động bằng hai lần khối lượng nghỉ của nó. Tìm vận tốc chuyển động của nó. Bài 1.4. Hạt Mezon trong tia vũ trụ có vận tốc bằng 0,95 lần vận tốc ánh sáng. Hỏi khoảng thời gian của đồng hồ của người quan sát đứng trên trái đất ứng với khoảng thời gian sống 1 giây của hạt Mezon là bao nhiêu? Bài 1.5. Hạt êlectrôn phải chịu một hiệu điện thế tăng tốc bằng bao nhiêu để nó đạt được vận tốc bằng 95% vận tốc ánh sáng. Bài 1.6. Tìm hiệu điện thế tăng tốc hạt prôton để cho kích thước của nó trong hệ quy chiếu gắn với trái đất giảm đi hai lần. Bài 1.7. Để động năng của hạt bằng năng lượng nghỉ thì vận tốc của hạt bằng bao nhiêu. *Đề tài thảo luận chương 1 1. Không gian và thời gian trong cơ học tương đối tính. 2. Động lực học tương đối tính. 6 CHƯƠNG 2 Lí thuyết lượng tử Số tiết: 12 (Lý thuyết: 8 tiết; bài tập, thảo luận: 4 tiết) *) Mục tiêu: - Hiểu được thế nào là hiện tượng bức xạ nhiệt, các định luật phát xạ của vật đen tuyệt đối, thuyết Phôtôn. Sự bế tắc của quang học sóng cổ điển trong giải thích bức xạ của vật đen tuyệt đối. - Vận dụng được nội dung thuyết Planck và thành công của nó trong việc giải thích các định luật của vật đen tuyệt đối. Giải thích được hiệu ứng Compton. - Giải thích được các hiện tượng quang điện bằng thuyết Phôtôn. - Thành lập được phương trình Schrodinger trong hố thế một chiều. 2.1. Phát xạ và hấp thụ. Các đại lượng đặc trưng. Định luật Kirchhoff 2.1.1. Bức xạ nhiệt cân bằng Bức xạ là hiện tượng các vật bị kích thích phát ra sóng điện từ. Có nhiều dạng bức xạ khác nhau do nhiều nguyên nhân khác nhau: Tác dụng nhiệt, tác dụng hóa học, do sự biến đổi năng lượng trong mạch dao động điện từ…Tuy nhiên phát xạ do tác dụng nhiệt là phổ biến nhất và được gọi là bức xạ nhiệt. Vậy: Bức xạ nhiệt là hiện tượng sóng điện từ phát ra từ những vật bị kích thích bởi tác dụng nhiệt. Khi vật phát ra bức xạ nhiệt năng lượng của nó giảm và nhiệt độ của nó cũng giảm theo. Ngược lại, khi vật hấp thụ bức xạ thì năng lượng của nó tăng và nhiệt độ của nó cũng tăng. Trong trường hợp năng lượng của vật mất đi do phát xạ bằng năng lượng của vật thu được do hấp thụ thì nhiệt độ của vật sẽ không đổi theo thời gian và bức xạ nhiệt của vật cũng không đổi. Trong trường hợp này, ta gọi là bức xạ nhiệt cân bằng và trạng thái này gọi là trạng thái cân bằng nhiệt động. 2.1.2. Các đại lượng đặc trưng của bức xạ nhiệt cân bằng 2.1.2.1. Năng suất phát xạ toàn phần Xét một vật đốt nóng được giữ ở nhiệt độ T không đổi (Hình 2.1). Diện tích dS của vật phát xạ trong một đơn vị thời gian một năng lượng toàn phần là T d φ . Đại lượng: T T d R dS φ = (2.1) Được gọi là năng suất phát xạ toàn phần của vật ở nhiệt độ T. Đơn vị trong đơn vị SI là: W/m 2 2.1.2.2. Hệ số phát xạ đơn sắc Bức xạ toàn phần do vật ở nhiệt độ T phát ra bao gồm nhiều bức xạ đơn sắc, năng lượng bức xạ phân bố không đều đối với các bức xạ đơn sắc có bước sóng khác nhau. Vì vậy, năng lượng bức xạ ứng với bước sóng thay đổi từ λ đến λ + dλ chỉ là một vi phân của năng suất toàn phần. Đại lượng: , . T T dR r d λ λ = (2.2) Được gọi là hệ số phát xạ đơn sắc của vật ở nhiệt độ T, ứng với bước sóng λ. Nó phụ thuộc vào bản chất, nhiệt độ của vật và bước sóng do vật phát ra. 7 dS Hình 2.1 Hình 2.2. Đường đặc trưng của phổ phát xạ của vật đen tuyệt đối Hình 2.3. Đường đặc trưng phổ phát xạ của vật đen tuyệt đối ở các nhiệt độ khác nhau Đơn vị của hệ số phát xạ đơn sắc là W/m 3 . Bằng thực nghiệm, ta có thể xác định được r λ,T từ đó xác định được năng suất phát xạ toàn phần của vật: , 0 R . T T T R d r d λ λ ∞ = = ∫ ∫ (2.3) 2.1.2.3. Hệ số hấp thụ đơn sắc Giả sử trong một đơn vị thời gian, chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng nằm trong khoảng từ λ đến λ + dλ gửi tới một đơn vị diện tích của vật một năng lượng là dΦ λ,T nhưng vật đó chỉ hấp thụ một năng lượng là dΦ’ λ,T thì tỉ số: , , , ' . T T T d a d λ λ λ φ φ = (2.4) Được gọi là hệ số hấp thụ đơn sắc của vật ở nhiệt độ T ứng với bước sóng λ. Nó phụ thuộc vào bản chất của vật, nhiệt độ của vật và bước sóng gửi tới. Thông thường a λ,T < 1, với những vật có a λ,T = 1 thì được gọi là vật đen tuyệt đối. 2.1.3. Định luật Kirrchoff Giả sử hai vật có nhiệt độ khác nhau được đặt vào một bình cách nhiệt. Khi đó sẽ diễn ra quá trình bức xạ và hấp thụ nhiệt. Sau một thời gian trạng thái cân bằng nhiệt động được thiết lập và hai vật có cùng một nhiệt độ T. Vật nào có khả năng phát xạ mạnh thì cũng có khả năng hấp thụ mạnh, do đó Kirrchoff đã đưa ra một định luật mang tên ông, có nội dung: dW/dλ. Tỉ số giữa hệ số phát xạ đơn sắc và hấp thụ đơn sắc của một vật ở trạng thái cân bằng nhiệt động không phụ thuộc vào bản chất của vật mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T của vật và bước sóng λ của chùm bức xạ đơn sắc. Nghĩa là: , , , T T T r f a λ λ λ = (2.5) Trong đó f λ,T là hàm số chung cho mọi vật nên được gọi là hàm phổ biến. Vì vật đen tuyệt đối có hệ số hấp thụ bằng 1 nên hàm phổ biến của nó chính bằng hệ số phát xạ của vật. Làm thí nghiệm với mô hình vật đen tuyệt đối người ta xác định được hệ số f λ,T . 2.2. Thuyết Planck. Công thức Planck. Các định luật phát xạ của vật đen tuyệt đối 2.2.1. Các định luật phát xạ của vật đen tuyệt đối 2.2.1.1. Định luật Stefan – Boltzmann Hình 2.3 biểu diễn đường đặc trưng phổ phát xạ của vật đen tuyệt đối ở các nhiệt độ khác nhau. Khi nhiệt độ tăng thì diện tích giữa đường đặc trưng với trục λ cũng tăng theo. Như vậy năng suất phát xạ toàn phần của vật đen tuyệt đối phụ thuộc vào nhiệt độ. Stefan bằng lí thuyết và Boltzmann bằng thực nghiệm đã tìm ra định luật biểu diễn mối 8 quan hệ giữa năng suất phát xạ toàn phần của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ của nó: 4 . T R T σ = (2.6) Trong đó 8 2 4 5,6703.10 /W m K σ − = được gọi là hằng số Stefan – Boltzmann . 2.2.1.2. Định luật Wein Ta thấy rằng mỗi đường đặc trưng đều có một cực đại ứng với giá trị xác định của bước sóng, gọi là λ max . Khi nhiệt độ tăng thì λ max giảm. Đối với vật đen tuyệt đối thì những bức xạ có bước sóng lân cận λ max thì mang nhiều năng lượng nhất: ax . m b T λ = (2.7) Là biểu thức của định luật Wein. Trong đó 3 2,898.10 .b m K − = được gọi là hệ số Wein. 2.2.2. Thuyết lượng tử năng lượng của Planck. Các nguyên tử hay phân tử vật chất hấp thụ hay bức xạ năng lượng của bức xạ điện từ gián đoạn, nghĩa là phần năng lượng hấp thụ hay bức xạ là bội số nguyên của một năng lượng nhỏ xác định, gọi là lượng tử năng lượng hay quantum năng lượng. Mỗi lượng tử năng lượng của một bức xạ tần số ν, bước sóng λ là: . hc h ε ν λ = = (2.8) Trong đó: 34 6,625.10 sh J − = là hằng số Planck, c là vận tốc ánh sáng. Xuất phát từ thuyết lượng tử Planck đã tìm ra hàm phổ biến: 2 , 2 2 . 1 T h kT h f c e ν ν πν ν = − (2.9) Được gọi là công thức Planck, trong đó k là hằng số Boltzmann, T là nhiệt độ tuyệt đối của vật. 2.2.3. Thuyết phôtôn của Einstein Thuyết lượng tử của Planck đã nêu lên quan điểm hiện đại về năng lượng, năng lượng hấp thụ hay bức xạ điện từ mang tính gián đoạn, ta nói rằng năng lượng điện từ phát xạ hay hấp thụ bị lượng tử hóa. Nội dung thuyết phôtôn của Einstein: a. Bức xạ điện từ gồm vô số những hạt rất nhỏ gọi là lượng tử ánh sáng hay phôtôn. b. Với mỗi bức xạ điện từ đơn sắc nhất định các phôtôn đều giống nhau và mang cùng một năng lượng: hc h ε ν λ = = . c. Trong mọi môi trường kể cả trong chân không các phôtôn đều truyền đi với vận tốc bằng c = 3.10 8 m/s. d. Khi một vật hấp thụ hay phát xạ bức xạ điện từ có nghĩa là vật đó hấp thụ hay bức xạ các photon. e. Cường độ của chùm bức xạ tỉ lệ thuận với số phôtôn phát ra từ nguồn trong một đơn vị thời gian. 2.2.4. Động lực học phôtôn Khối lượng của phôtôn: 2 2 h h m c c c ε ν λ = = = (2.10) Theo thuyết tương đối: 2 0 2 1 v m m c = − , do v = c, nên phôtôn có khối lượng nghỉ bằng không. 9 Hình 2.5. Đặc trưng V – A của tế bào quang điện Động lượng của phôtôn: h h p mc c ν λ = = = (2.11) 2.3. Hiện tượng quang điện 2.3.1. Hiện tượng quang điện: Hiện tượng làm phóng ra các êlectrôn từ một tấm kim loại khi rọi vào tấm kim loại đó một bức xạ điện từ thích hợp. Các êlectrôn bắn ra gọi là các quang êlectrôn. Thí nghiệm về hiện tượng quang điện được mô tả như trong Hình 2.4. Tế bào quang điện chân không có K làm bằng kim loại cần nghiên cứu. Khi rọi chùm bức xạ điện từ đơn sắc vào K làm bật ra các êlectrôn. Dưới tác dụng của điện trường, các êlectrôn này chuyển động có hướng về A tạo thành dòng quang điện. Điều chỉnh biến trở để thay đổi hiệu điện thế giữa A và K và đo dòng quang điện ta được đồ thị phụ thuộc giữa I và U AK (Hình 2.5). + I = 0, dòng quang điện bị triệt tiêu: 2 0 1 2 h e e U m v= (2.12) 2.3.2. Phương trình Einstein Khi rọi một bức xạ điện từ thích hợp vào bề mặt của một tấm kim loại, các êlectrôn tự do trong kim loại sẽ hấp thụ phôtôn. Mỗi êlectrôn sẽ hấp thụ một phôtôn và nhận được một năng lượng bằng hν. Năng lượng này một phần sẽ chuyển thành công thoát A cho êlectrôn ra khỏi kim loại, phần còn lại sẽ biến thành động năng ban đầu của chúng. Các êlectrôn gần bề mặt kim loại sẽ có động năng ban đầu lớn hơn và công thoát nhỏ hơn. Do vậy, Einstein thiết lập biểu thức phương trình Einstein cho hiện tượng quang điện: 2 ax 2 m mv h A ν = + (2.13) 2.3.3. Các định luật quang điện * Định luật về giới hạn quang điện: Đối với mỗi kim loại xác định, hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi bước sóng hay tần số của bức xạ điện từ chiếu tới nhỏ hơn bước sóng λ 0 hoặc tần số ν 0 xác định gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó. Giới hạn quang điện phụ thuộc vào bản chất của kim loại làm catot. * Định luật về dòng quang điện bão hòa: Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm bức xạ chiếu tới. * Định luật về động năng ban đầu cực đại của các quang êlectrôn: Động năng ban đầu cực đại của các quang êlectrôn không phụ thuộc vào cường độ của chùm bức xạ chiếu tới mà chỉ phụ thuộc vào tần số của chùm bức xạ đó. 2.4. Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng. Hiệu ứng Compton. Sóng De Broglie 2.4.1. Hiệu ứng Compton 10 Hình 2.4. Thí nghiệm quang điện [...]... thống tuần hoàn Menđeleev (Người học tự đọc) *) Tài liệu học tập chương 3 1 Lương Duyên Bình, Ngô Phú An, Lê Băng Sương và Nguyễn Hữu Tăng (2003), Vật lý đại cương, tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội 2 Lương Duyên Bình (2000), Bài tập vật lý đại cương, tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội *) Câu hỏi, bài tập và thảo luận chương 3 Câu 1 Hãy nêu các kết luận của cơ học lượng tử về các đặc điểm sau... định một cách đồng thời (đều bằng không) và do đó trái với nguyên lí bất định Sự tồn tại của năng lượng “không” là biểu hiện rõ nhất của lưỡng tính sóng – hạt của vi hạt 16 *) Tài liệu học tập chương 2 1 Lương Duyên Bình, Ngô Phú An, Lê Băng Sương và Nguyễn Hữu Tăng(2003), Vật lý đại cương, tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội 2 Lương Duyên Bình (2000), Bài tập vật lý đại cương, tập 3, Nhà xuất bản... nén nhanh đoạn nhiệt plasma và do đó đốt nóng plasma mạnh hơn nữa *) Tài liệu học tập chương 4 1 Lương Duyên Bình, Ngô Phú An, Lê Băng Sương và Nguyễn Hữu Tăng(2003), Vật lý đại cương, tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội 2 Lương Duyên Bình (2000), Bài tập vật lý đại cương, tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội *) Câu hỏi, bài tập và thảo luận chương 4 Câu 1 Hãy cho biết cấu tạo, kích thước và các đặc... thoát ra đến được anot Bài 2.3 Phôtôn mang năng lượng 0,15MeV đến tán xạ trên êlectrôn tự do Sau khi tán xạ bước sóng chùm tán xạ tăng thêm ∆λ = 0,015A0 Xác định bước sóng của phôtôn và góc tán xạ Bài 2.4 Một vật đen tuyệt đối ở nhiệt độ T 1 = 2900K Do vật bị nguội đi nên bước sóng ứng với năng suất phát xạ cực đại thay đổi ∆λ = 9μm Hỏi vật lạnh đến nhiệt độ bằng bao nhiêu? Bài 2.5 Tìm năng lượng và... Stern – Gerlach Spin của êlectrôn Mô men toàn phần 3.4.1 Thí nghiệm Stern – Gerlach Thí nghiệm Stern-Gerlach bước đầu được coi là một thí nghiệm quan trọng giữa lý thuyết cổ điển của nguyên tử và lý thuyết của Bohr-Sommerfeld Bởi vì nó cho thấy rằng sự 23 lượng tử hóa không gian tồn tại một hiện tượng chỉ có ở lý thuyết cơ học lượng tử Nó quyết định giữa hai lớp học thuyết, cổ điển và lượng tử 3.4.1.1 Mô... chuyển động trong giếng thế năng có chiều cao vô hạn Bài 2.1 Hỏi nhiệt độ của lò nung bằng bao nhiêu biết mỗi giây lò phát ra một năng lượng bằng 8,28 calo qua một lỗ nhỏ có kích thước bằng 6,1cm 2 Coi bức xạ từ lò được phát ra từ một vật đen tuyệt đối Bài 2.2 Công thoát của kim loại dùng làm catôt của tế bào quang điện A = 5eV a Tính vận tốc ban đầu cực đại của các quang êlectrôn khi catot được chiếu bằng... lên các momen từ của các điện tử Theo lý thuyết cổ điển,tương tác này phải cho ta sự mở rộng vết của chùm Các hướng của mômen từ của điện tử đều được cho phép nên phân bố cường độ của chùm phải liên tục Còn trong lý thuyết lượng tử, chỉ một số hữu hạn các hướng của của mômen từ trong từ trường được cho phép mà thôi, từ đó ta cũng có một số hữu hạn các chùm thành phần được chia ra từ chùm chính Trong... bạc, người ta đã thu được hai chùm thành phần Trong trạng thái cơ bản của bạc, bốn lớp được lấp đầy hoàn toàn, còn trong lớp thứ năm ta có một điện tử Mômen động lượng toàn phần của các điện tử từ các lớp bị lấp đầy bằng không và mômen động lượng của điện tử ở lớp hóa trị quyết định cho giá trị của mômen động lượng quỹ đạo toàn phần, mômen động lượng toàn phần có giá trị J = l + S, trong đó, l là... của phôtôn ứng với bước sóng λ = 10-12m Bài 2.6 Tìm năng lượng và động lượng của phôtôn tán xạ biết phôtôn tới có bước sóng λ = 5.10 −12 m đến va chạm với êlectrôn tự do dưới góc bằng 600 Bài 2.7 Trong hiện tượng tán xạ Compton bức xạ tia X có bước sóng λ đến tán xạ trên êlectrôn tự do Tìm bước sóng đó cho biết động năng cực đại của êlectrôn bắn ra bằng 0,19MeV Bài 2.8 Êlectrôn chuyển động tương đối... Zeeman thường Bài 3.1 Xác định bước sóng của vạch quang phổ thứ hai và thứ 3 trong dãy Pasen trong quang phổ hiđrô Bài 3.2 Xác định động năng, thế năng và năng lượng của êlectrôn trong nguyên tử hiđrô chuyển động trên quỹ đạo Borh thứ nhất Cho bán kính quỹ đạo Borh thứ nhất là r0 = 0,53.10-10m Bài 3.3 Xác định bước sóng lớn nhất và nhỏ nhất trong dãy Laiman trong quang phổ của nguyên tử hiđrô 26 Bài 3.4 . ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG HỌC PHẦN VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A2 1 MỤC LỤC Nội dung 2 CHƯƠNG 1 Thuyết tương đối Số tiết: 3 (Lý thuyết: 2 tiết; bài tập, thảo luận: 1 tiết) *). Hữu Tăng(2003), Vật lý đại cương, tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội. 2. Lương Duyên Bình (2000), Bài tập vật lý đại cương, tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội. *) Câu hỏi, bài tập và thảo. (2000), Bài tập vật lý đại cương, tập 1, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội. *) Câu hỏi, bài tập và thảo luận chương 1 Câu 1. Nêu giới hạn ứng dụng của cơ học Newton. Câu 2. Phát biểu hai tiên đề Einstein