Bài 3. Lưỡng tính sóng hạt. Vùng năng lượng - Chuyên đề học tập Lí 12 Cánh diều

Câu hỏi tr 65 CHMĐ

Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất của sóng, nhưng hiện tượng quang điện lại chứng tó ánh sáng có tính chất của hạt. Vậy ánh sáng là sóng hay là hạt?

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

Ánh sáng có cả tính chất sóng và hạt.

Tính chất sóng thì có hiện tượng giao thoa, hiện tượng nhiễu xạ, hiện tượng tán xạ.

Tính chất hạt thì có hiện tượng quang điện.

Câu hỏi tr 65 CH 1

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

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

Ánh sáng sẽ tạo ra trên thành hộp đối diện một vết sáng hình tròn với đường kính D lớn hơn d nếu lỗ tròn O có kích thước lớn.

Câu hỏi tr 65 CH 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?

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

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

Bởi vì: nếu chùm sáng bị loe ra thì tức ánh sáng không truyền thằng, khi đó lỗ O đã bị nhiễu xạ ánh sáng, mà hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chỉ có thể giải thích được khi coi ánh sáng là sóng.

Câu hỏi tr 66 CH 1

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

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Tính chất kép này được gọi là lưỡng tính sóng-hạt.

Câu hỏi tr 66 CH 2

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

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

Hạt electron thể hiện cả tính chất sóng và tính chất hạt.

Tính chất sóng: electron có thể bị nhiễu xạ và giao thoa.

Tính chất hạt: Electron có thể va chạm với các hạt khác và truyền năng lượng cho chúng giống như hạt.

Câu hỏi tr 67 Tìm hiểu thêm

Vào năm 1927, Clinton Davisson (Clin-tơn Da-vi-sơn) và Edmund Germer (Et-mơn Rơ-mờ) người Mỹ đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng các electron bị nhiễu xạ bởi các tinh thể niken đơn lẻ. Ở Anh, Thomson (Thom-sơn) đã bắn các electron vào các tấm kim loại mỏng trong một ống chân không. Ông cũng cung cấp bằng chứng cho thấy các electron bị nhiễu xạ bởi các nguyên tử kim loại. Hãy tìm thông tin về ứng dụng tính chất sóng của các hạt có kích thước rất nhỏ (được gọi là hạt vi mô).

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

Năm 1924, nhà vật lý người Pháp Louis de Broglie đưa ra một giả thuyết táo bạo, ông tin rằng mọi hạt vi mô đều có dạng sóng. Đây là giả thuyết sóng vật chất nổi tiếng. Với sự hình thành và phát triển của cơ học lượng tử, các nhà vật lý dần phát hiện ra rằng bản chất hạt của các hạt vi mô chỉ là bề ngoài, bản chất của chúng thực chất là sóng. 

Bản chất sóng là đặc tính cơ bản của các hạt vi mô. Vì vậy, làm thế nào để mô tả bản chất sóng của các hạt vi mô đã trở thành vấn đề cốt lõi của cơ học lượng tử. Vì các hạt đều là sóng nên sóng có dạng sóng và dạng sóng sẽ tiếp tục thay đổi theo thời gian. Chúng ta chỉ cần mô tả dạng sóng phát triển như thế nào theo thời gian là có thể nắm bắt được mô hình chuyển động của các hạt cực nhỏ.

Câu hỏi tr 67 LT

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

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

Bước sóng deBroglie của một electron có động năng 120 eV là: \(\lambda  = \frac{h}{p} = \frac{h}{{mv}} = \frac{h}{{\sqrt {2m{W_d}} }} = \frac{{{{6,626.10}^{ - 34}}}}{{\sqrt {{{2.9,1.10}^{ - 31}}{{.120.1,6.10}^{ - 19}}} }} = {1,12.10^{ - 10}}m\)

Câu hỏi tr 67 CH

Nêu ví dụ chứng tỏ:

a) electron thể hiện tính sóng.

b) electron thể hiện tính hạt.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

a) Electron thể hiện tính sóng: hiện tượng nhiễu xạ electron. Khi các chùm electron đi qua khe hẹp hoặc chướng ngại vật, nó có thể bị nhiễu xạ, tạo ra các vạch sáng và vạch tối trên màn.

b) Electron thể hiện tính hạt: hiện tượng quang điện. Khi chiếu ánh sáng vào miếng kim loại thì nó có thể làm bật electron ra khỏi kim loại.

Câu hỏi tr 68 LT

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^-31kg và khối lượng của một neutron là 1,675.10^-27kg. Biết tốc độ của electron là 5,00.10⁶ m/s. Tính tốc độ của neutron.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

\(\frac{h}{{{m_e}{v_e}}} = \frac{h}{{{m_n}{v_n}}} \Rightarrow {m_e}{v_e} = {m_n}{v_n} \Rightarrow {9,11.10^{ - 31}}{.5.10^6} = {1,675.10^{ - 27}}.{v_n} \Rightarrow {v_n} = {2,7.10^3}m/s\)

Câu hỏi tr 68 CH

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.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

Điểm giống nhau trong sơ đồ các mức năng lượng của nguyên tử cô lập và nguyên tử trong chất rắn: sơ đồ các mức năng lượng của cả nguyên tử cô lập và nguyên tử trong chất rắn đều được xác định bởi cấu hình electron của nguyên tử.

Điểm khác nhau trong sơ đồ các mức năng lượng của nguyên tử cô lập và nguyên tử trong chất rắn: sơ đồ các mức năng lượng của nguyên tử trong chất rắn có nhiều mức năng lượng hơn sơ đồ các mức năng lượng của nguyên tử cô lập.

Câu hỏi tr 69 LT

Biết rằng ở chất cách điện, vùng cấm (giữa vùng hoá trị và vùng dẫn) lớn hơn khá nhiều so với vùng cấm của chất bán dẫn. Hãy sử dụng mô hình vùng năng lượng, giải thích vì sao chất cách điện gần như không dẫn điện.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

Chất cách điện gần như không dẫn điện vì:

Vùng cấm ở chất cách điện rộng hơn vùng cấm của chất bán dẫn. Vùng cấm là khoảng năng lượng bị cấm electron di chuyển. Chính vì electron không di chuyển nên không tạo ra từ trường, từ đó sẽ không tạo ra dòng điện nên không dẫn điện.

Câu hỏi tr 70 VD

Một người có khối lượng 65kg chuyển động với tốc độ 3 m/s. Tính bước sóng de Broglie của người này. Rút ra nhận xét về khả năng cảm nhận được bước sóng có độ lớn như vậy.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

Bước sóng de Broglie của người này là:

\(\lambda  = \frac{h}{{mv}} = \frac{{{{6,626.10}^{ - 34}}}}{{65.3}} = {3,4.10^{ - 36}}m\)

Nhận xét: Con người không thể cảm nhận được bước sóng này bằng các giác quan thông thường, phải sử dụng đến máy móc để tính toán.

Câu hỏi tr 70 Tìm hiểu thêm

Hãy tìm thông tin để trình bày một mô hình hạt và một mô hình sóng.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết lưỡng tính sóng hạt và vùng năng lượng

Lời giải chi tiết:

Ví dụ: Mô hình hạt Higgs, các hiện tượng sóng biển, âm thanh cũng là mô hình sóng.