Bài 8. Lưỡng tính sóng hạt - Chuyên đề học tập Lí 12 Chân trời sáng tạo
Ta biết rằng virus có kích thước rất nhỏ, khoảng từ 5nm đến 300 nm. Kính hiển vi quang học cung cấp hình ảnh với độ phóng đại tối đa khoảng 2 000 lần nên không thể sử dụng để quan sát virus. Việc khám phá ra tính chất sóng của electron đã cung cấp cơ sở lí thuyết quan trọng cho sự phát minh kính hiển vi điện tử. Loại quang cụ này có thể cho hình ảnh với độ phóng đại lên đến 50 triệu lần. Hình 8.1 cho ta thấy hình ảnh của virus SARS-CoV-2 được cung cấp bởi kính hiển vi điện tử
Câu hỏi tr 50 CHMĐ
Ta biết rằng virus có kích thước rất nhỏ, khoảng từ 5nm đến 300 nm. Kính hiển vi quang học cung cấp hình ảnh với độ phóng đại tối đa khoảng 2 000 lần nên không thể sử dụng để quan sát virus. Việc khám phá ra tính chất sóng của electron đã cung cấp cơ sở lí thuyết quan trọng cho sự phát minh kính hiển vi điện tử. Loại quang cụ này có thể cho hình ảnh với độ phóng đại lên đến 50 triệu lần. Hình 8.1 cho ta thấy hình ảnh của virus SARS-CoV-2 được cung cấp bởi kính hiển vi điện tử
Phương pháp giải:
Tìm hiểu qua sách bào và internet
Lời giải chi tiết:
Kính hiển vi điện tử có thể cho hình ảnh với độ phóng đại lên đến 50 triệu lần
Câu hỏi tr 50 CH
So sánh bước sóng de Broglie của một electron có khối lượng m e và của một proton có khối lượng bằng khoảng 1 836m e chuyển động với cùng tốc độ.
Phương pháp giải:
So sánh bước sóng de Broglie của một electron có khối lượng m e và của một proton có khối lượng bằng khoảng 1 836m e chuyển động với cùng tốc độ.
Lời giải chi tiết:
Ta có: \(\lambda = \frac{h}{{mv}}\) mà \({m_p} = 1836{m_e};{v_p} = {v_e}\) nên bước sóng của electron lớn hơn bước sóng của proton 1836 lần.
Câu hỏi tr 50 LT
So sánh bước sóng de Broglie của một electron có khối lượng 9,1.10 -31 kg và của một proton có khối lượng 1,7.10 -27 kg đang chuyển động với tốc độ lần lượt là 4,6.10 6 m/s và 2,1.10 4 m/s.
Phương pháp giải:
Vận dụng bước sóng de Broglie
Lời giải chi tiết:
Sử dụng công thức: \(\lambda = \frac{h}{{mv}}\)
Bước sóng của electron: \({\lambda _e} = \frac{h}{{{m_e}{v_e}}} = \frac{{{{6,625.10}^{ - 34}}}}{{{{9,1.10}^{ - 31}}{{.4,6.10}^6}}} = {1,58.10^{ - 10}}m\)
Bước sóng của proton: \({\lambda _p} = \frac{h}{{{m_p}{v_p}}} = \frac{{{{6,625.10}^{ - 34}}}}{{{{1,7.10}^{ - 27}}{{.2,1.10}^4}}} = {1,85.10^{ - 11}}m\)
Bước sóng của electron lớn hơn bước sóng của proton.
Câu hỏi tr 52 CH 1
Hình ảnh trên màn trong Hình 8.3 sẽ thay đổi thế nào khi lỗ tròn có kích thước lớn?
Phương pháp giải:
Vận dụng tính chất sóng
Lời giải chi tiết:
Khi lỗ tròn có kích thước lớn hơn:
- Vùng sáng trung tâm rộng hơn
- Giảm độ phân giải
- Xuất hiện các vòng tối phụ xen kẽ giữa các vòng sáng
Câu hỏi tr 52 CH 2
Quan sát Hình 8.5 về kết quả thí nghiệm nhiễu xạ của electron và tia X với một bản tinh thể than chì. Em hãy cho biết:
a) Hình ảnh nhiễu xạ tia X là bằng chứng cho thấy tia X có tính chất gì?
b) Ta có thể khẳng định điều gì khi chùm tia electron cũng cho thấy hình ảnh nhiễu xạ?
Phương pháp giải:
Vận dụng tính chất sóng
Lời giải chi tiết:
a) Hình ảnh nhiễu xạ tia X cho thấy tia X có tính chất sóng.
b) Khi chùm tia electron cũng cho thấy hình ảnh nhiễu xạ, ta có thể khẳng định electron cũng có tính chất sóng.
Câu hỏi tr 53 VD
Một trong những ứng dụng của tính sóng của hạt là phát minh kính hiển vi điện tử. Kính hiển vi điện tử có hai loại: quét (SEM - Scanning Electron Microscope) và truyền qua (TEM – Transmission Electron Microscope) (Hình 8.7) giúp cung cấp hình ảnh phóng đại lên đến khoảng 50 triệu lần. Nhờ đó, các nhà khoa học có thể quan sát và nghiên cứu được những đối tượng có kích thước rất nhỏ như virus (Hình 8.1). Em hãy tìm hiểu trên sách, báo, intemnet, ... để trình bày sơ lược về nguyên tắc hoạt động của một trong hai loại kính hiển vi điện tử trên.
Phương pháp giải:
Vận dụng tính chất hạt
Lời giải chi tiết:
Kính hiển vi điện tử quét sử dụng các điện tử phát ra. Kính hiển vi điện tử quét hoạt động trên nguyên tắc ứng dụng động năng để tạo ra tín hiệu về sự tương tác của các electron. Các điện tử này là các điện tử thứ cấp, các điện tử tán xạ ngược và các điện tử tán xạ ngược nhiễu xạ được sử dụng để xem các nguyên tố và photon kết tinh. Các điện tử thứ cấp và bị tán xạ ngược được sử dụng để tạo ra hình ảnh. Các điện tử thứ cấp được phát ra từ mẫu vật đóng vai trò chính là phát hiện hình thái và địa hình của mẫu vật trong khi các điện tử tán xạ ngược thể hiện sự tương phản trong thành phần của các phần tử của mẫu vật
Bài tập Bài 1
Chọn đáp án đúng. Khi một trái bóng có khối lượng 0,5 kg chuyển động với tốc độ 10 m/s thì bước sóng de Broglie của trái bóng này có độ lớn
A. xấp xỉ đường kính của trái bóng (khoảng 11 cm).
B. xấp xỉ kích thước nguyên tử (khoảng 10 -10 m).
C. xấp xỉ kích thước hạt nhân (khoảng 10 -15 m).
D. nhỏ hơn nhiều lần kích thước hạt nhân.
Phương pháp giải:
Vận dụng bước sóng de Broglie
Lời giải chi tiết:
Bước sóng de Broglie của trái bóng này có độ lớn: \(\lambda = \frac{h}{{mv}} = \frac{{{{6,625.10}^{ - 34}}}}{{0,5.10}} = {1,325.10^{ - 34}}m\)
Chọn đáp án D
Bài tập Bài 2
Một electron có bước sóng de Broglie bằng 0,4 nm.
a) Tính động lượng của electron này.
b) Tính tốc độ của electron này. Biết khối lượng của electron bằng 9,1.10 -31 kg.
Phương pháp giải:
Vận dụng bước sóng de Broglie
Lời giải chi tiết:
a) Động lượng của electron này: \(\lambda = \frac{h}{p} \Rightarrow p = \frac{h}{\lambda } = \frac{{{{6,625.10}^{ - 34}}}}{{{{0,4.10}^{ - 9}}}} = {1,656.10^{ - 24}}\)
b) Tốc độ của electron này là: \(\lambda = \frac{h}{{mv}} \Rightarrow v = \frac{h}{{m\lambda }} = \frac{{{{6,625.10}^{ - 34}}}}{{{{9,1.10}^{ - 31}}{{.0,4.10}^{ - 9}}}} = {1,82.10^6}m/s\)
Bài tập Bài 3
Trong thí nghiệm nhiễu xạ chùm tia electron bởi tinh thể, các electron có bước sóng khoảng 0,1 nm (là khoảng cách trung bình giữa các nguyên tử trong tinh thể).
a) Tốc độ của các electron này bằng bao nhiêu?
b) Tính hiệu điện thế cần thiết để cung cấp cho electron có tốc độ tính được ở câu a. Bỏ qua tốc độ ban đầu của electron. Cho e = 1,6.10 -19 C.
Phương pháp giải:
Vận dụng bước sóng de Broglie
Lời giải chi tiết:
a) Tốc độ của các electron này bằng:
\(\lambda = \frac{h}{{mv}} \Rightarrow v = \frac{h}{{m\lambda }} = \frac{{{{6,625.10}^{ - 34}}}}{{{{9,1.10}^{ - 31}}{{.0,1.10}^{ - 9}}}} = {7,3.10^6}m/s\)
b) Hiệu điện thế cần thiết để cung cấp cho electron tốc độ tính được ở câu a:
\(eU = \frac{1}{2}m{v^2} \Rightarrow {1,6.10^{ - 19}}.U = \frac{1}{2}{.9,1.10^{ - 31}}.{\left( {{{7,3.10}^6}} \right)^2} \Rightarrow U = 151,5\,V\)