Lý Thuyết Và Công Thức Tính Công Thoát Chi Tiết Có Ví Dụ

Trang chủ > Công Thức > Bài hiện tại.

I. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG THOÁT

1. Công thoát là gì?

Định nghĩa: Công thoát (còn gọi là công thoát electron) là công cần thiết tối thiểu để bứt một electron ra khỏi bề mặt kim loại.

Ký hiệu:

  • $A$ (thường dùng nhất)
  • $W_0$ (work function)
  • $\Phi$ (phi)

Đơn vị đo:

  • J (Jun): Đơn vị SI chuẩn
  • eV (electron-vôn): Đơn vị thường dùng trong vật lý nguyên tử

Quy đổi: $$1 \text{ eV} = 1.6 \times 10^{-19} \text{ J}$$

Bản chất vật lý:

Trong kim loại, các electron tự do bị giữ bên trong bởi lực hút của các ion dương trong mạng tinh thể. Để electron thoát ra khỏi bề mặt kim loại, cần cung cấp một năng lượng tối thiểu để:

  • Thắng lực hút của mạng tinh thể
  • Vượt qua hàng rào thế năng bề mặt

Năng lượng tối thiểu này chính là công thoát $A$.

2. Hiện tượng quang điện ngoài

Định nghĩa: Hiện tượng quang điện ngoài là hiện tượng electron bị bứt ra khỏi bề mặt kim loại khi bị chiếu sáng bởi ánh sáng có bước sóng thích hợp.

Thí nghiệm Hertz (1887):

  • Chiếu tia tử ngoại vào tấm kẽm tích điện âm
  • Quan sát thấy tấm kẽm mất dần điện tích âm
  • Giải thích: Electron bị bật ra khỏi bề mặt kim loại

Các đặc điểm quan trọng:

Có tính chọn lọc: Mỗi kim loại chỉ bị quang điện với ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn một giá trị giới hạn $\lambda_0$

Tức thời: Hiện tượng xảy ra ngay lập tức khi chiếu sáng (< 10⁻⁹ s)

Không phụ thuộc cường độ: Hiện tượng có xảy ra hay không phụ thuộc vào tần số ánh sáng, không phụ thuộc vào cường độ

Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện:

$$\lambda \leq \lambda_0 \quad \text{hoặc} \quad f \geq f_0$$

$$\varepsilon \geq A$$

Với:

  • $\lambda$: Bước sóng ánh sáng chiếu vào
  • $\lambda_0$: Bước sóng giới hạn quang điện
  • $f$: Tần số ánh sáng chiếu vào
  • $f_0$: Tần số giới hạn quang điện
  • $\varepsilon$: Năng lượng photon
  • $A$: Công thoát electron

3. Các đại lượng liên quan

Bảng tổng hợp:

Các hằng số quan trọng:

Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
Công thoát $A$ J, eV Năng lượng tối thiểu để electron thoát
Năng lượng photon $\varepsilon$ J, eV Năng lượng của hạt ánh sáng
Tần số giới hạn $f_0$ Hz Tần số nhỏ nhất gây quang điện
Bước sóng giới hạn $\lambda_0$ m, nm Bước sóng lớn nhất gây quang điện
Động năng electron $W_đ$ J, eV Động năng của electron quang điện
Vận tốc electron $v$ m/s Tốc độ electron quang điện
Hiệu điện thế hãm $U_h$ V Điện thế ngăn electron đến anốt
Hằng số Ký hiệu Giá trị
Hằng số Planck $h$ $6.625 \times 10^{-34}$ J.s
Tốc độ ánh sáng $c$ $3 \times 10^8$ m/s
Điện tích electron $e$ $1.6 \times 10^{-19}$ C
Khối lượng electron $m$ $9.1 \times 10^{-31}$ kg
Tích $hc$ $hc$ 1.24 eV.μm = 1240 eV.nm

II. CÔNG THỨC CÔNG THOÁT CƠ BẢN

1. Công thức từ tần số giới hạn

📌 Công thức cơ bản (QUAN TRỌNG NHẤT):

$$\boxed{A = hf_0}$$

Trong đó:

  • $A$: Công thoát electron (J)
  • $h$: Hằng số Planck = $6.625 \times 10^{-34}$ J.s
  • $f_0$: Tần số giới hạn quang điện (Hz)

Ý nghĩa: Công thoát bằng năng lượng của photon có tần số đúng bằng tần số giới hạn quang điện.

Giải thích:

  • Khi $f = f_0$: Năng lượng photon vừa đủ để bứt electron ra, electron thoát ra với động năng bằng 0
  • Khi $f < f_0$: Năng lượng photon không đủ, không xảy ra hiện tượng quang điện
  • Khi $f > f_0$: Năng lượng photon dư ra, chuyển thành động năng của electron

Ví dụ 1: Kim loại có tần số giới hạn quang điện $f_0 = 5 \times 10^{14}$ Hz. Tính công thoát.

Lời giải:

Áp dụng công thức: $$A = hf_0 = 6.625 \times 10^{-34} \times 5 \times 10^{14}$$ $$= 33.125 \times 10^{-20} = 3.3125 \times 10^{-19} \text{ J}$$

Đổi sang eV: $$A = \frac{3.3125 \times 10^{-19}}{1.6 \times 10^{-19}} \approx 2.07 \text{ eV}$$

Kết luận: Công thoát là 2.07 eV.

2. Công thức từ bước sóng giới hạn

Quan hệ giữa bước sóng và tần số:

$$c = \lambda_0 f_0 \quad \Rightarrow \quad f_0 = \frac{c}{\lambda_0}$$

Thay vào công thức $A = hf_0$:

$$\boxed{A = \frac{hc}{\lambda_0}}$$

Trong đó:

  • $c$: Tốc độ ánh sáng trong chân không = $3 \times 10^8$ m/s
  • $\lambda_0$: Bước sóng giới hạn quang điện (m)

📌 Công thức tiện lợi (khi tính bằng eV và μm):

$$\boxed{A(\text{eV}) = \frac{1.24}{\lambda_0(\mu\text{m})}}$$

Chứng minh:

$$A = \frac{hc}{\lambda_0} = \frac{6.625 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{\lambda_0}$$

$$= \frac{1.9875 \times 10^{-25}}{\lambda_0} \text{ (J)}$$

Nếu $\lambda_0$ tính bằng μm = $10^{-6}$ m:

$$A = \frac{1.9875 \times 10^{-25}}{\lambda_0 \times 10^{-6}} = \frac{1.9875 \times 10^{-19}}{\lambda_0}$$

Đổi sang eV: $$A(\text{eV}) = \frac{1.9875 \times 10^{-19}}{1.6 \times 10^{-19} \times \lambda_0} = \frac{1.242}{\lambda_0} \approx \frac{1.24}{\lambda_0}$$

Ví dụ 2: Kim loại có bước sóng giới hạn quang điện $\lambda_0 = 0.5$ μm. Tính công thoát.

Lời giải:

Cách 1: Dùng công thức nhanh $$A = \frac{1.24}{\lambda_0} = \frac{1.24}{0.5} = 2.48 \text{ eV}$$

Cách 2: Dùng công thức gốc $$A = \frac{hc}{\lambda_0} = \frac{6.625 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{0.5 \times 10^{-6}}$$ $$= \frac{19.875 \times 10^{-26}}{0.5 \times 10^{-6}} = 3.975 \times 10^{-19} \text{ J}$$

Đổi sang eV: $$= \frac{3.975 \times 10^{-19}}{1.6 \times 10^{-19}} = 2.48 \text{ eV}$$ ✓

Kết luận: Công thoát là 2.48 eV.

3. Công thức từ động năng electron

Phương trình Einstein về hiện tượng quang điện:

$$\boxed{\varepsilon = A + W_đ}$$

Hoặc:

$$\boxed{hf = A + \frac{1}{2}mv^2_{max}}$$

Giải thích:

  • $\varepsilon = hf$: Năng lượng photon chiếu vào
  • $A$: Công thoát – năng lượng để bứt electron
  • $W_đ = \frac{1}{2}mv^2_{max}$: Động năng ban đầu cực đại của electron quang điện

Suy ra công thoát:

$$\boxed{A = hf – W_đ = hf – \frac{1}{2}mv^2_{max}}$$

Hoặc:

$$\boxed{A = \frac{hc}{\lambda} – W_đ}$$

Ví dụ 3: Chiếu ánh sáng có bước sóng $\lambda = 0.4$ μm vào kim loại, electron quang điện có động năng cực đại 1.1 eV. Tính công thoát.

Lời giải:

Bước 1: Tính năng lượng photon $$\varepsilon = \frac{1.24}{\lambda} = \frac{1.24}{0.4} = 3.1 \text{ eV}$$

Bước 2: Áp dụng phương trình Einstein $$A = \varepsilon – W_đ = 3.1 – 1.1 = 2.0 \text{ eV}$$

Kết luận: Công thoát là 2.0 eV.

III. CÔNG THỨC LIÊN QUAN

1. Năng lượng photon

Công thức tính năng lượng photon:

$$\boxed{\varepsilon = hf = \frac{hc}{\lambda}}$$

Trong đó:

  • $\varepsilon$: Năng lượng photon (J)
  • $h$: Hằng số Planck
  • $f$: Tần số ánh sáng (Hz)
  • $c$: Tốc độ ánh sáng
  • $\lambda$: Bước sóng ánh sáng (m)

Đơn vị và công thức tiện lợi:

Khi $\lambda$ tính bằng nm (nanomét):

$$\boxed{\varepsilon(\text{eV}) = \frac{1240}{\lambda(\text{nm})}}$$

Khi $\lambda$ tính bằng μm (micromét):

$$\boxed{\varepsilon(\text{eV}) = \frac{1.24}{\lambda(\mu\text{m})}}$$

Ví dụ 4: Ánh sáng có bước sóng $\lambda = 500$ nm. Tính năng lượng photon.

Lời giải:

$$\varepsilon = \frac{1240}{\lambda} = \frac{1240}{500} = 2.48 \text{ eV}$$

Hoặc đổi sang Jun: $$\varepsilon = 2.48 \times 1.6 \times 10^{-19} = 3.968 \times 10^{-19} \text{ J}$$

2. Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện

Để xảy ra hiện tượng quang điện, cần thỏa mãn một trong các điều kiện sau:

a) Theo tần số:

$$\boxed{f \geq f_0}$$

Tần số ánh sáng chiếu vào phải lớn hơn hoặc bằng tần số giới hạn.

b) Theo bước sóng:

$$\boxed{\lambda \leq \lambda_0}$$

Bước sóng ánh sáng chiếu vào phải nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng giới hạn.

Lưu ý: Dấu bất đẳng thức ngược với tần số!

c) Theo năng lượng:

$$\boxed{\varepsilon \geq A}$$

Năng lượng photon phải lớn hơn hoặc bằng công thoát.

Ví dụ 5: Kim loại có bước sóng giới hạn $\lambda_0 = 600$ nm. Hỏi ánh sáng nào sau đây gây được hiện tượng quang điện? a) Ánh sáng đỏ ($\lambda = 700$ nm) b) Ánh sáng lục ($\lambda = 500$ nm)

Lời giải:

Điều kiện: $\lambda \leq \lambda_0 = 600$ nm

a) $\lambda = 700$ nm > 600 nm → Không gây quang điện ❌

b) $\lambda = 500$ nm < 600 nm → gây quang điện ✓

3. Động năng electron quang điện

Động năng ban đầu cực đại của electron:

$$\boxed{W_{đmax} = \frac{1}{2}mv^2_{max} = hf – A}$$

Hoặc:

$$\boxed{W_{đmax} = \frac{hc}{\lambda} – \frac{hc}{\lambda_0}}$$

Các trường hợp đặc biệt:

Khi $f = f_0$ (hoặc $\lambda = \lambda_0$): $$W_{đmax} = 0$$

Electron vừa đủ năng lượng thoát ra, không có động năng.

Khi $f > f_0$ (hoặc $\lambda < \lambda_0$): $$W_{đmax} > 0$$

Electron thoát ra với động năng dương.

Khi $f < f_0$ (hoặc $\lambda > \lambda_0$):

Không xảy ra hiện tượng quang điện.

4. Liên hệ giữa $\lambda$, $\lambda_0$ và $W_đ$

Công thức tổng quát:

$$\boxed{W_{đmax} = hc\left(\frac{1}{\lambda} – \frac{1}{\lambda_0}\right)}$$

Biến đổi khác:

$$\boxed{W_{đmax} = hc\frac{\lambda_0 – \lambda}{\lambda \lambda_0}}$$

Ý nghĩa: Động năng electron phụ thuộc vào:

  • Bước sóng ánh sáng chiếu vào ($\lambda$)
  • Bước sóng giới hạn của kim loại ($\lambda_0$)

Ví dụ 6: Kim loại có $\lambda_0 = 0.5$ μm. Chiếu ánh sáng $\lambda = 0.4$ μm. Tính động năng cực đại electron.

Lời giải:

$$W_{đmax} = hc\left(\frac{1}{\lambda} – \frac{1}{\lambda_0}\right)$$

Dùng công thức tiện lợi với đơn vị eV và μm:

$$W_{đmax} = 1.24\left(\frac{1}{0.4} – \frac{1}{0.5}\right)$$ $$= 1.24(2.5 – 2) = 1.24 \times 0.5 = 0.62 \text{ eV}$$

5. Hiệu điện thế hãm

Định nghĩa: Hiệu điện thế hãm $U_h$ là hiệu điện thế ngược (giữa anốt và catốt) tối thiểu để ngăn cản electron có động năng cực đại không đến được anốt.

Công thức:

$$\boxed{eU_h = W_{đmax}}$$

Suy ra:

$$\boxed{U_h = \frac{W_{đmax}}{e} = \frac{hf – A}{e}}$$

Trong đó:

  • $e = 1.6 \times 10^{-19}$ C: Điện tích electron
  • $U_h$: Hiệu điện thế hãm (V)
  • $W_{đmax}$: Động năng cực đại electron (J)

Lưu ý tiện lợi:

Nếu $W_{đmax}$ tính bằng eV, thì: $$U_h(\text{V}) = W_{đmax}(\text{eV})$$

Giá trị số của $U_h$ (tính bằng V) bằng giá trị số của $W_{đmax}$ (tính bằng eV).

Ví dụ 7: (Tiếp Ví dụ 6) $W_{đmax} = 0.62$ eV. Tính hiệu điện thế hãm.

Lời giải:

$$U_h = \frac{W_{đmax}}{e} = 0.62 \text{ V}$$

(Vì $W_đ$ đã tính bằng eV)

IV. BẢNG GIÁ TRỊ CÔNG THOÁT

Công thoát của một số kim loại thường gặp

Kim loại Công thoát A (eV) Bước sóng giới hạn λ₀ (nm) Ghi chú
Xesi (Cs) 1.9 653 Dễ quang điện nhất
Kali (K) 2.2 564 Kim loại kiềm
Natri (Na) 2.3 539 Kim loại kiềm
Canxi (Ca) 2.7 460
Kẽm (Zn) 4.3 289
Đồng (Cu) 4.5 276
Bạc (Ag) 4.7 264 Kim loại quý
Platin (Pt) 6.3 197 Khó quang điện nhất

Cách tính bước sóng giới hạn:

$$\lambda_0(\text{nm}) = \frac{1240}{A(\text{eV})}$$

Ví dụ:

  • Xesi: $\lambda_0 = \frac{1240}{1.9} \approx 653$ nm ✓

Nhận xét quan trọng:

Kim loại kiềm (Cs, K, Na):

  • Công thoát nhỏ (1.9 – 2.3 eV)
  • Bước sóng giới hạn lớn (trong vùng ánh sáng nhìn thấy)
  • Dễ xảy ra hiện tượng quang điện
  • Ứng dụng: Tế bào quang điện, pin mặt trời

Kim loại quý (Ag, Pt):

  • Công thoát lớn (4.7 – 6.3 eV)
  • Bước sóng giới hạn nhỏ (vùng tia tử ngoại)
  • Khó xảy ra hiện tượng quang điện
  • Cần ánh sáng có năng lượng cao (UV)

V. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP

A. Công thức công thoát

Dạng Công thức Ghi chú
Từ tần số giới hạn $A = hf_0$ ⭐ Cơ bản nhất
Từ bước sóng giới hạn $A = \frac{hc}{\lambda_0}$ Dùng khi biết $\lambda_0$
Công thức nhanh (eV, μm) $A(\text{eV}) = \frac{1.24}{\lambda_0(\mu\text{m})}$ Tiện lợi nhất
Công thức nhanh (eV, nm) $A(\text{eV}) = \frac{1240}{\lambda_0(\text{nm})}$
Từ phương trình Einstein $A = hf – W_đ$ Khi biết động năng e

B. Năng lượng photon

Công thức Đơn vị Điều kiện sử dụng
$\varepsilon = hf$ J Biết tần số $f$
$\varepsilon = \frac{hc}{\lambda}$ J Biết bước sóng $\lambda$
$\varepsilon(\text{eV}) = \frac{1.24}{\lambda(\mu\text{m})}$ eV $\lambda$ tính bằng μm
$\varepsilon(\text{eV}) = \frac{1240}{\lambda(\text{nm})}$ eV $\lambda$ tính bằng nm

C. Động năng electron quang điện

Công thức Điều kiện
$W_{đmax} = hf – A$ $f \geq f_0$
$W_{đmax} = \frac{hc}{\lambda} – \frac{hc}{\lambda_0}$ $\lambda \leq \lambda_0$
$W_{đmax} = hc\left(\frac{1}{\lambda} – \frac{1}{\lambda_0}\right)$ Dạng biến đổi
$eU_h = W_{đmax}$ Hiệu điện thế hãm

D. Hằng số vật lý quan trọng

Hằng số Ký hiệu Giá trị
Hằng số Planck $h$ $6.625 \times 10^{-34}$ J.s
Tốc độ ánh sáng $c$ $3 \times 10^8$ m/s
Điện tích electron $e$ $1.6 \times 10^{-19}$ C
Khối lượng electron $m$ $9.1 \times 10^{-31}$ kg
Tích $hc$ $hc$ 1.24 eV.μm = 1240 eV.nm
Quy đổi năng lượng 1 eV = $1.6 \times 10^{-19}$ J

VI. MẸO VÀ LƯU Ý

1. Mẹo nhớ công thức

Mẹo 1: Công thức trung tâm

“A bằng h nhân f không” hoặc “A bằng hc chia lambda không”

$$\boxed{A = hf_0 = \frac{hc}{\lambda_0}}$$

Cách nhớ: Công thoát = năng lượng photon có tần số (hoặc bước sóng) giới hạn

Mẹo 2: Công thức nhanh “1 – 2 – 4”

“Một hai bốn”

$$\boxed{A(\text{eV}) = \frac{1.24}{\lambda_0(\mu\text{m})}}$$

$$\boxed{\varepsilon(\text{eV}) = \frac{1.24}{\lambda(\mu\text{m})}}$$

Cách nhớ: Nhớ số 1.24 (hoặc 1240 nếu dùng nm)

Mẹo 3: Phương trình Einstein

“Năng lượng photon bằng công thoát cộng động năng”

$$\boxed{hf = A + W_đ}$$

Cách nhớ: Định luật bảo toàn năng lượng – năng lượng photon chia làm hai phần:

  • Phần 1: Bứt electron ra ($A$)
  • Phần 2: Động năng electron ($W_đ$)

2. Các sai lầm thường gặp

SAI LẦM 1: Nhầm lẫn đơn vị J và eV

Sai: Tính $A = 3.2 \times 10^{-19}$ J, kết luận A = 3.2 eV ❌

Đúng: Phải đổi đơn vị: $$A(\text{eV}) = \frac{3.2 \times 10^{-19}}{1.6 \times 10^{-19}} = 2 \text{ eV}$$ ✓

SAI LẦM 2: Nhầm $\lambda$ và $\lambda_0$

Sai: Dùng bước sóng ánh sáng chiếu vào ($\lambda$) thay cho bước sóng giới hạn ($\lambda_0$) trong công thức $A = \frac{hc}{\lambda}$ ❌

Đúng:

  • $A = \frac{hc}{\lambda_0}$ (công thoát từ bước sóng giới hạn) ✓
  • $\varepsilon = \frac{hc}{\lambda}$ (năng lượng photon từ bước sóng chiếu vào) ✓

SAI LẦM 3: Nhầm điều kiện quang điện

Sai: Điều kiện: $\lambda \geq \lambda_0$ ❌

Đúng: Điều kiện: $\lambda \leq \lambda_0$ ✓

Cách nhớ: Bước sóng phải nhỏ hơn giới hạn (năng lượng cao hơn)

SAI LẦM 4: Nhầm công thức $A = hf$ thay vì $A = hf_0$

Sai: $A = hf$ (với $f$ là tần số ánh sáng chiếu vào) ❌

Đúng: $A = hf_0$ (với $f_0$ là tần số giới hạn) ✓

3. Đổi đơn vị

Năng lượng:

Từ Sang Phép tính
J eV Chia cho $1.6 \times 10^{-19}$
eV J Nhân với $1.6 \times 10^{-19}$

Ví dụ:

  • $3.2 \times 10^{-19}$ J = $\frac{3.2 \times 10^{-19}}{1.6 \times 10^{-19}}$ = 2 eV
  • 2.5 eV = $2.5 \times 1.6 \times 10^{-19}$ = $4 \times 10^{-19}$ J

Bước sóng:

Đơn vị Quy đổi
1 μm $10^{-6}$ m = 1000 nm
1 nm $10^{-9}$ m = $10^{-3}$ μm
1 m $10^6$ μm = $10^9$ nm

Ví dụ:

  • 0.5 μm = 500 nm = $0.5 \times 10^{-6}$ m
  • 600 nm = 0.6 μm = $600 \times 10^{-9}$ m

4. Kiểm tra kết quả

Sau khi tính toán, luôn kiểm tra tính hợp lý:

Công thoát: Thường từ 1 đến 6 eV (kim loại thông thường)

Bước sóng giới hạn: Thường từ 200 nm đến 700 nm (UV đến ánh sáng nhìn thấy)

Động năng electron: $W_đ \geq 0$ (không được âm)

Điều kiện quang điện: $\lambda \leq \lambda_0$ hoặc $f \geq f_0$

Phương trình Einstein: $\varepsilon = A + W_đ$ → $W_đ = \varepsilon – A \geq 0$

VII. BÀI TẬP MẪU

Bài 1: Tính công thoát từ bước sóng giới hạn

Đề bài: Kim loại có bước sóng giới hạn quang điện $\lambda_0 = 0.5$ μm. Tính công thoát bằng eV và Jun.

Lời giải:

Cách 1: Dùng công thức nhanh $$A = \frac{1.24}{\lambda_0} = \frac{1.24}{0.5} = 2.48 \text{ eV}$$

Đổi sang Jun: $$A = 2.48 \times 1.6 \times 10^{-19} = 3.968 \times 10^{-19} \text{ J}$$

Cách 2: Dùng công thức gốc $$A = \frac{hc}{\lambda_0} = \frac{6.625 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{0.5 \times 10^{-6}}$$ $$= \frac{19.875 \times 10^{-26}}{0.5 \times 10^{-6}} = 3.975 \times 10^{-19} \text{ J} \approx 2.48 \text{ eV}$$ ✓

Đáp án:

  • $A = 2.48$ eV
  • $A = 3.97 \times 10^{-19}$ J

Bài 2: Tính tần số giới hạn

Đề bài: Kim loại có công thoát $A = 3.3$ eV. Tính tần số giới hạn quang điện.

Lời giải:

Từ công thức $A = hf_0$, suy ra: $$f_0 = \frac{A}{h}$$

Đổi A sang Jun: $$A = 3.3 \times 1.6 \times 10^{-19} = 5.28 \times 10^{-19} \text{ J}$$

Tính $f_0$: $$f_0 = \frac{5.28 \times 10^{-19}}{6.625 \times 10^{-34}} \approx 7.97 \times 10^{14} \text{ Hz}$$

Đáp án: $f_0 \approx 8 \times 10^{14}$ Hz

Bài 3: Tính động năng electron

Đề bài: Chiếu ánh sáng có bước sóng $\lambda = 0.4$ μm vào kim loại có công thoát $A = 2$ eV. Tính động năng cực đại của electron quang điện.

Lời giải:

Bước 1: Tính năng lượng photon $$\varepsilon = \frac{1.24}{\lambda} = \frac{1.24}{0.4} = 3.1 \text{ eV}$$

Bước 2: Áp dụng phương trình Einstein $$W_{đmax} = \varepsilon – A = 3.1 – 2 = 1.1 \text{ eV}$$

Đáp án: $W_{đmax} = 1.1$ eV

Bài 4: Kiểm tra điều kiện quang điện

Đề bài: Kim loại có bước sóng giới hạn $\lambda_0 = 600$ nm. Hỏi ánh sáng nào sau đây gây được hiện tượng quang điện? a) Ánh sáng đỏ ($\lambda = 700$ nm) b) Ánh sáng vàng ($\lambda = 580$ nm) c) Ánh sáng lục ($\lambda = 500$ nm)

Lời giải:

Điều kiện: $\lambda \leq \lambda_0 = 600$ nm

a) $\lambda = 700$ nm > 600 nm → Không gây quang điện ❌

b) $\lambda = 580$ nm < 600 nm → gây quang điện ✓

c) $\lambda = 500$ nm < 600 nm → gây quang điện ✓

Đáp án: b và c gây quang điện.

Bài 5: Tính bước sóng giới hạn

Đề bài: Công thoát của kim loại $A = 4.5$ eV. Tính bước sóng giới hạn quang điện.

Lời giải:

Từ công thức $A = \frac{1.24}{\lambda_0}$, suy ra: $$\lambda_0 = \frac{1.24}{A} = \frac{1.24}{4.5} \approx 0.276 \text{ μm} = 276 \text{ nm}$$

Đáp án: $\lambda_0 = 276$ nm (vùng tia tử ngoại)

Bài 6: Hiệu điện thế hãm

Đề bài: (Tiếp Bài 3) Động năng cực đại electron $W_{đmax} = 1.1$ eV. Tính hiệu điện thế hãm.

Lời giải:

Vì $W_{đmax}$ tính bằng eV, nên: $$U_h = W_{đmax} = 1.1 \text{ V}$$

(Giá trị số bằng nhau)

Đáp án: $U_h = 1.1$ V

VIII. KẾT LUẬN

Bài viết đã trình bày đầy đủ các công thức về công thoát electron:

Công thức từ tần số giới hạn: $$A = hf_0$$

Công thức từ bước sóng giới hạn: $$A = \frac{hc}{\lambda_0}$$

Công thức nhanh (quan trọng): $$A(\text{eV}) = \frac{1.24}{\lambda_0(\mu\text{m})}$$

Phương trình Einstein: $$hf = A + W_đ$$

Điều kiện quang điện: $$\lambda \leq \lambda_0 \quad \text{hoặc} \quad f \geq f_0$$

CÔNG THỨC QUAN TRỌNG NHẤT

Công thức cơ bản: $$\boxed{A = hf_0 = \frac{hc}{\lambda_0}}$$

Công thức tiện lợi (dùng nhiều nhất trong bài tập): $$\boxed{A(\text{eV}) = \frac{1.24}{\lambda_0(\mu\text{m})}}$$

Hoặc: $$\boxed{A(\text{eV}) = \frac{1240}{\lambda_0(\text{nm})}}$$

Phương trình Einstein về hiện tượng quang điện

$$\boxed{\varepsilon = A + W_đ}$$

Hoặc:

$$\boxed{hf = A + \frac{1}{2}mv^2_{max}}$$

Ý nghĩa: Năng lượng photon chia làm hai phần:

  • Công thoát ($A$) – để bứt electron
  • Động năng ($W_đ$) – năng lượng chuyển động của electron

Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện

$$\boxed{\lambda \leq \lambda_0}$$

$$\boxed{f \geq f_0}$$

$$\boxed{\varepsilon \geq A}$$

Lưu ý: Dấu bất đẳng thức của $\lambda$ ngược với $f$!

Lời khuyên học tập

📌 Học thuộc công thức cơ bản: $A = hf_0 = \frac{hc}{\lambda_0}$

📌 Nhớ công thức nhanh “1-2-4”: $A(\text{eV}) = \frac{1.24}{\lambda_0(\mu\text{m})}$ – Tiện lợi nhất!

📌 Phân biệt rõ $\lambda$ và $\lambda_0$: $\lambda$ là bước sóng chiếu vào, $\lambda_0$ là giới hạn

📌 Nhớ điều kiện: $\lambda \leq \lambda_0$ (bước sóng phải nhỏ hơn giới hạn)

📌 Chú ý đơn vị: Luôn đổi về J và m, hoặc dùng công thức nhanh với eV và μm/nm

📌 Kiểm tra kết quả: Công thoát 1-6 eV, động năng $\geq 0$

📌 Luyện tập nhiều: Làm nhiều bài tập để thành thạo

Cô Trần Thị Bình

Cô Trần Thị Bình

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định