Lý Thuyết Hiện Tượng Quang Phát Quang Và Bài Tập - Vật Lý 12

1. Hiện tượng phát quang

Lý thuyết hiện tượng quang phát quang được nêu đầy đủ cho các bạn học sinh ở các phần dưới đây. Vậy ta hiểu thế nào là hiện tượng phát quang? Hiện tượng phát quang là hiện tượng mà có 1 số chất như rắn, khí, lỏng khi hấp thụ năng lượng dưới dạng năng lượng nào đó thì có thể phát ra bức xạ điện từ ở trong miền ánh sáng nhìn thấy.

2. Hiện tượng quang phát quang là gì?

2.1. Khái niệm

Hiện tượng quang - phát quang lý 12 là việc 1 số chất có khả năng hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát ra một ánh sáng có bước sóng khác.

Ví dụ như: Nếu các bạn chiếu 1 chùm bức xạ tử ngoại vào trong ống nghiệm có chứa dung dịch fluorexêin. Sau đó các bạn thấy được dung dịch phát ra ánh sáng màu lục. Khi đó các bạn nói tia tử ngoại chính là ánh sáng kích thích, ánh sáng phát quang là ánh sáng màu lục.

Trong ứng dụng, đèn led là hiện tượng quang phát quang.

2.2. Phân loại

Hiện tượng quang – phát quang được phân loại ra làm 2 loại chính:

• Huỳnh quang: Sự phát quang có thời gian phát quang rất ngắn trung bình dưới 10 - 8 s. Có thể hiểu là ánh sáng phát quang hầu như tắt ngay sau khi ánh sáng kích thích tắt.
• Lân quang: Được hiểu là sự phát quang có thời gian phát quang dài trung bình từ 10 - 8 s. Thường xảy ra hiện tượng lân quang với chất ở thể rắn.

2.3. Định luật Stokes về sự phát quang

Định luật X tốc về sự phát quang phát biểu như sau: Ánh sáng phát quang có bước sóng λ’ dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích λ, hay λ' > λ.

Đặc điểm của hiện tượng phát quang là:

• Các electron thường nằm ở trạng thái lượng tử cân bằng bền có mức năng lượng và spin xác định trong phân tử. Khi có photon bay vào các phân tử, hay có các kích thích khác như các hạt electron, hạt alpha,... có năng lượng thích hợp bay vào thì electron trong phân tử sẽ hấp thụ năng lượng của hạt bay vào và nhảy lên trạng thái có năng lượng cao hơn.

• Trạng thái kích thích gọi là việc di chuyển lên trạng thái mới, diễn ra dễ dàng khi không có sự thay đổi của spin, sẽ chỉ có sự thay đổi về năng lượng. Lúc đó trạng thái mới tồn tại không lâu và electron dễ dàng rơi trở về trạng thái cơ bản, giải phóng photon (hiện tượng huỳnh quang) hay thả năng lượng ra ở dạng dao động nhiệt. Tuy vậy ở các chất lân quang, phần nhỏ electron ở trạng thái kích thích có thể thay đổi spin chuyển sang trạng thái có spin khác nhưng năng lượng giữ nguyên. 

• Các va chạm nhiệt giữa các phân tử sẽ khiến cho electron giải phóng bớt hay hấp thụ thêm năng lượng ở dạng nhiệt và chuyển sang trạng thái dễ dàng rơi về mức cơ bản để trở về trạng thái cơ bản. Khi rơi về mức cơ bản; năng lượng của electron có thể được nhả ra ở dạng các photon (quang năng) hoặc các phonon (nhiệt năng) .

Ví dụ về hiện tượng quang phát quang: đom đóm là hiện tượng quang phát quang.

3. Huỳnh quang và lân quang

Người ta chia quang - phát quang thành 2 loại tùy theo thời gian phát quang.

Huỳnh quang là hiện tượng phát quang có thời gian ngắn (dưới 10 - 8 s). Nghĩa là ánh sáng phát quang hầu như sẽ tắt luôn sau khi tắt ánh sáng kích thích. Thường xảy ra với chất khí và lỏng.

Lân quang là sự phát quang có thời gian phát quang dài từ 10 - 8 s, lân quang thường xảy ra với các chất ở thể rắn.

​Sơn quét trên các cọc chỉ giới đường hoặc các biển báo giao thông là các chất lân quang.

4. Đặc điểm của ánh sáng huỳnh quang

Ta rút ra nhận xét từ nhiều thí nghiệm: Bước sóng của ánh sáng kích thích có bước sóng ngắn hơn ánh sáng huỳnh quang.

λ hq >λ kt

​Mỗi phân tử hay nguyên tử của chất huỳnh quang hấp thụ hoàn toàn một phôtôn của ánh sáng kích thích có năng lượng hf_kt để chuyển lên trạng thái kích thích.

Khi ở trạng thái kích thích, nó va chạm với các phân tử hay nguyên tử khác và mất 1 phần năng lượng.

Khi trở về trạng thái bình thường nó phát ra phôtôn hf_hq có năng lượng nhỏ.

5. Phân biệt phát quang và phản quang

Hiện tượng phản xạ lại ánh sáng tới (màu sắc trên các tấm phản quang không đổi) là phản quang, khác hoàn toàn với hiện tượng quang phát quang (hấp thụ ánh sáng có màu sắc này và phát ra ánh sáng sẽ có màu khác).

Tấm phản quang dùng trong áo bảo hộ lao động và giao thông có dải màu phản quang giúp phương tiện giao thông và mọi người dễ dàng nhận biết người đang làm nhiệm vụ trong đêm.

6. Ứng dụng của hiện tượng quang phát quang

Ứng dụng của hiện tượng quang phát quang trong đời sống có rất nhiều. Cùng tìm hiểu thêm về điều đó nhé.

• Các hoạt chất giúp tăng thời gian phát sáng có thể là kim loại như bạc, đồng. Nếu các bạn pha thêm niken có thể làm giảm đi thời gian phát sáng.

• Sunfua kẽm với 5 ppm đồng hay được dùng làm đồ chơi lân quang. Hỗn hợp sunfua cadmi (CdS) và sunfua kẽm có thể tạo ra màu sắc tùy theo nồng độ mà ta trộn và có thể phát sáng từ 1 - 10 giờ. 

• Chất phát quang do 2 chất tạo thành: CaS hoặc kẽm sunfua và chất phóng xạ. Để ánh sáng có thể phát ra liên tục người ra thêm vào 1 ít chất phóng xạ như C 14, Sr 90, S 35, Tl 204, đồng vị Po hoặc Ra. 

• Hầu hết đa số các vật liệu lân quang sẽ ra màu xanh. Vật liệu có màu sắc đỏ sẽ có thời gian phát sáng ngắn.

7. Hiện tượng phát xạ cảm ứng

Hiện tượng phát xạ cảm ứng là hiện tượng khi 1 nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích sẽ sẵn sàng phát ra một photon có năng lượng ε = hf, gặp photon có năng lượng ε’ = hf, bay qua thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra photon ε, photon ε bay cùng phương và có cùng năng lượng với photon ε’.

Sóng điện từ ứng với photon ε cùng pha, dao động trong 1 mp song song với mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với photon ε’.

Vì số photon trong chùm ánh sáng tăng theo cấp số nhân nên ta có thể khuếch đại ánh sáng khi chúng ta dựa theo hiện tượng phát xạ cảm ứng.

Nhận ngay bộ tài liệu độc quyền của VUIHOC tổng hợp kiến thức và phương pháp giải mọi dạng bài tập Vật Lý thi THPT Quốc Gia

8. Bài tập về hiện tượng quang phát quang

Câu 1: Vật nào phát sáng dưới đây gọi là sự phát quang

A. Tia lửa điện

B. Hồ quang

C. Bóng đèn ống

D. Bóng đèn pin

Giải:

Bóng đèn ống là vật có sự phát quang.

Đáp án C

Câu 2: Ở điều kiện nào thì xảy ra sự phát quang

A. Nhiệt độ bình thường

B. Nhiệt độ cao

C. Mọi nhiệt độ

D. Tất cả các chất, khi được kích thích bởi ánh sáng thích hợp

Giải: 

Ở điều kiện nhiệt độ bình thường thì có sự phát quang.

Đáp án A

Câu 3: Trong các hiện tượng dưới đây, hiện tượng nào không phải hiện tượng quang phát quang

A. Đầu cọc chỉ giới hạn đường được sơn vàng và đỏ

B. Đèn huỳnh quang (đèn ống thông dụng)

C. Ngọc phát sáng trong bóng tối (viên dạ minh châu)

D. Đom đóm

Giải 

Đom đóm phát sáng được là do hiện tượng phát quang.

Đáp án D

Câu 4: Một ống nghiệm đựng dung dịch fluorexein được chiếu bởi một chùm tia tử ngoại thì xuất hiện ánh sáng màu lục. Hiện tượng này gọi là

A. Hóa - phát quang

B. Phản xạ ánh sáng

C. Tán sắc ánh sáng

D. Quang - phát quang

Giải: 

Dung dịch phát ra ánh sáng màu lục khi chiếu chùm tia tử ngoại vào dung dịch fluorexein. Đây là hiện tượng quang phát quang.

Đáp án D

Câu 5: Tần số 6.10¹⁴ Hz là tần số ánh phát quang của một chất. Hỏi nếu chiếu ánh sáng có bước sóng là bao nhiêu thì chất đó sẽ không phát quang

A. 0,3 $\mu m$

B. 0,4 $\mu m$

C. 0,5 $\mu m$

D. 0,6 $\mu m$ 

Giải 

Có bước sóng của ánh sáng kích thích ngắn hơn của ánh sáng huỳnh quang ADCT:

$\lambda =\frac{c}{f}=\frac{3.10^{8}}{6.10^{14}}=0,5.10^{-6} m$

Có đáp án D bước sóng 0,6 > 0,5 là bước sóng của ánh sáng phát quang

Đáp án D

Đăng ký ngay để được thầy cô ôn tập kiến thức và xây dựng lộ trình ôn thi THPT sớm phù hợp với bản thân

Trên đây là toàn bộ những kiến thức cơ bản và cần thiết về hiện tượng quang phát quang bao gồm lý thuyết, bài tập và các phương pháp giải bài tập tự cảm, ngoài ra còn cung cấp thêm các kiến thức về từ thông và ứng dụng tự cảm trong chương trình Vật Lý 12. Đây là phần học tương đối quan trọng trong quá trình ôn thi THPT Quốc gia môn Vật Lý nên các bạn cần phải ôn tập và nắm chắc kiến thức. Để ôn thi đạt hiệu quả như mong muốn, các bạn học sinh có thể truy cập ngay vào trang web Vuihoc.vn để có thể được hướng dẫn đăng ký tài khoản hoặc liên hệ trực tiếp qua trung tâm hỗ trợ của VUIHOC để được hướng dẫn ôn tập hiệu quả trước kỳ thi THPT Quốc gia sắp tới nhé!

Bài viết tham khảo thêm:

Lý thuyết về hiện tượng quang điện

Lý thuyết về mẫu nguyên tử BO