Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu thuộc bộ tài liệu dạy thêm lớp 12. Sử dụng cho giáo viên giảng dạy có đầy đủ tóm tắt lí thuyết_ Bài tập ví dụ mẫu_ Bài tập tự giải_Bài tập trắc nghiệm. Tất cả các bài đều có lời giải chi tiết giúp học sinh tự học nâng cao trình độ
CHƯƠNG VI LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Bài 30 HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN.THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGỒI a Thí nghiệm Héc tượng quang điện ▪ Chiếu chùm ánh sáng tử ngoại phát từ hồ quang vào kẽm tích điện âm (tấm kẽm thừa electron) gắn điện nghiệm ta thấy hai điện nghiệm cụp lại, kẽm điện tích âm ▪ Chắn chùm tia tử ngoại từ hồ quang kính tượng khơng xảy ▪ Thay kẽm tích điện âm kẽm tích điện dương, tượng khơng xảy Thay kẽm kim loại khác tích điện âm tượng xảy bình thường Kết luận: Khi chiếu chùm ánh sáng thích hợp có bước sóng ngắn vào bề mặt kim loại làm cho electron bề mặt kim loai bị bật b Khái niệm tượng quang điện Hiện tượng electron bị bật chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào kim loại gọi tượng quang điện ngoài, hay gọi tắt tượng quang điện ĐỊNH LUẬT VỀ GIỚI HẠN QUANG ĐIỆN a Định luật: Đối với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hay giới hạn quang điện λ0 kim loại đó, gây tượng quang điện Biểu thức: λ ≤ λ b Đặc điểm Giới hạn quang điện kim loại (kí hiệu λ0) đặc trưng riêng cho kim loại Giới hạn kim loại số kim loại điển hình: Tên kim loại Giới hạn quang điện (λ0) Bạc (Ag) 0,26 μm Đồng (Cu) 0,3 μm Kẽm (Zn) 0,35 μm Nhôm (Al) 0,36μm Canxi (Ca) 0,43 μm Natri (Na) 0,5 μm Kali (K) 0,55 μm Xesi (Cs) 0,58 μm ♥ Chú ý: Quan sát bảng giá trị giới hạn quang điện kim loại điển hình hay dùng ta thấy kim loại kiềm có giới hạn quang điện lớn nên chiếu ánh sáng vào tượng quang điện dễ xảy với kim loại Kẽm hay Đồng kim loại kiềm THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG a Giả thuyết Plăng Theo nhà bác học người Đức, Plăng, Lượng lượng mà lần nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hồn tồn xác định h.f Trong đó: 121 f tần số ánh sáng bị hấp thụ hay phát ra; h số b Lượng tử lượng Năng lượng phôtôn gọi lượng tử lượng: ε = h.f h số, gọi số Plăng có giá trị h = 6,625.10–34 J.s c Thuyết lượng tử ánh sáng ▪ Ánh sáng tạo thành hạt gọi phơtơn, phơtơn gọi lượng tử có lượng xác định ε = h.f, cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát giây ▪ Phôtôn bay với tốc độ c = 3.108m/s dọc theo tia sáng ▪ Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng chúng phát hay hấp thụ phôtôn ♥ Chú ý: +Phôtôn tồn trạng thái chuyển động Khơng có phơtơn đứng yên ▪ Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay xạ ánh sáng cách liên tục mà thành phần riêng biệt đứt quãng, phần mang lượng hồn tồn xác định - Chùm sáng chùm hạt hạt phôtôn mang lượng xác định ▪ Khi ánh sáng truyền đi, lượng tử lượng không bị thay đổi, không phụ thuộc cách nguồn sáng xa hay gần GIẢI THÍCH ĐỊNH LUẬT VỀ GIỚI HẠN QUANG ĐIỆN BẰNG THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG - Mỗi phơtơn bị hấp thụ truyền tồn lượng cho electron - Cơng để “ thắng” lực liên kết gọi cơng A Vậy muốn tượng quang điện xảy Khi ta có ε ≥ A ⇔ hf ≥ A ⇔ h Đặt λ0 = c hc ≥ A→λ ≤ (1) λ A hc , gọi giới hạn quang điện A (1) viết lại λ ≤ λ0 LƯỠNG TÍNH SĨNG HẠT CỦA ÁNH SÁNG Hiện tượng giao thoa chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng, tượng quang điện chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt Vậy ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt C PHÂN DẠNG BÀI TẬP VÀ VÍ DỤ MINH HOẠ I BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG DẠNG BÀI TẬP SỬ DỤNG CÔNG THỨC ANHXTANH Phương pháp chung: Cần nhớ công thức Anhxtanh ε = hf = h -Giới hạn quang điện: λ0 = c = At + mvo2 max λ hc ; A Cơng A = 1eV =1,6.10-19 J -Phương trình Anhxtanh:hf = hc = A + mv 02 max λ 122 h.c λ0 ; A: J eV; -Động cực đại: v0 = 1 Wd max = hc( − ) λ λ0 hc hc = + mv0 λ λ0 => 2hc 1 ( − ) me λ λ0 Vận dụng công thức: Eđ = A = |e|UAK lượng điện trường cung cấp: / e / U AK = Ed = mv Từ suy v = Wd max => U h = - Định lý động năng: eUh hc 1 ( − ) e λ λ0 −31 -Các số : h = 6,625.10−34 ; c = 3.108 m / s ; e = 1,6.10 −19 C ; me = 9,1.10 kg Ví dụ minh hoạ Ví dụ 1: Giới hạn quang điện kẽm λo = 0,35µm Tính cơng êlectron khỏi kẽm? hc hc 6, 625.10−34.3.108 λ = => A = = HD giải: Từ công thức: =5,67857.10-19 J =3,549eV − A λ0 0,35.10 Ví dụ 2: (TN-2008): Giới hạn quang điện đồng (Cu) λ = 0,30 μm Biết số h = 6,625.10-34 J.s vận tốc truyền ánh sáng chân không c = 3.10 m/s Công êlectrơn khỏi bề mặt đồng A.6,625.10-19 J B 6,265.10-19 J C 8,526.10-19 J D 8,625.10-19 J hc 6,625.10 −34.3.10 = 6,625.10 -19 J Đáp án A HD Giải: Cơng thốt: A = = −6 λ0 0,3.10 Ví dụ 3: Giới hạn quang điện KL dùng làm Kotot 0,66µm Tính: Cơng KL dùng làm K theo đơn vị J eV Tính động cực đại ban đầu vận tốc cực đại e quang điện bứt khỏi K, biết ánh sáng chiếu vào có bước sóng 0,5µm HD giải: λ0 = hc hc => A = =1,875eV=3.10-19 J A λ0 λ Wd max = hc ( − 2hc 1 ( − ) ) = 9,63.10-20 J => v0 = λ0 me λ λ0 2.6,625.10−34.3.108 1 = 460204,5326 = 4,6.105 m/s v0 = ( − ) Thế số: 9,1.10 −31.10−6 0,5 0, 66 Ví dụ 4: Catốt tế bào quang điện có cơng 3,5eV a Tìm tần số giới hạn giới hạn quang điện kim loại b Khi chiếu vào catốt xạ có bước sóng 250 nm có xảy tượng quang điện khơng? -Tìm hiệu điện A K để dòng quang điện 123 -Tìm động ban đầu cực đại êlectron quang điện -Tìm vận tốc êlectron quang điện bật khỏi K HD giải: a.Tần số giới hạn quang điện: f = c/λ0 = A/h = 3,5.1,6.10-19/6,625.10-34 = 0,845.1015 Hz Giới hạn quang điện λo = hc/A = 6,625.10-34.3.108/3,5.1,6.10-19= 3,55.10-7m =0,355 µm b Vì λ = 250 nm =0,250µm < λo = 0,355 µm nên xảy tượng quang điện -Để dòng quang điện triệt tiêu cơng điện trường phải triệt tiêu động ban đầu cực đại êlectron quang eU h = mv02 mv hc 6, 625.10−34.3.108 ⇒ U h = = ( − A) = ( − 3,5.1, 6.10 −19 ) => Uh = −19 −8 2.e e λ −1, 6.10 25.10 - 1,47 V -Động ban đầu cực đại mv02 = / eU h / = 1, 47eV = 1,47.1,6.10-19 = 2,35.10-19J = 0,235.10-18J 1 mv 02 = hc − Hay : Wđ = λ λ0 -Vận tốc êlectron v0 = -18 = 6,625.10 −34.3.10 − −8 −8 = 0,235.10 J 25 10 35 , 10 2Wđ = m 2.0,235.10 −18 = 7,19.10 m/s − 31 9,1.10 Ví dụ Chiếu vào catốt ánh sáng có bước sóng 0,546μm, dòng quang điện bảo hồ có giá trị 2mA Cơng suất xạ 1,515W Hiệu suất lượng tử ? HD Giải : Áp dụng công thức : I=q/t=ne|e|/t ta tìm ne; cơng thức np=Ap/ ε =P.t/hf ta tìm np cơng thức H=ne/np để tìm H Lưu ý:H tính % Ví dụ Khi chiếu xạ điện từ có bước sóng 0,5 micromet vào bề mặt tế bào quang điện tạo dòng điện bão hòa 0,32A Cơng suất xạ đập vào Katot P=1,5W tính hiệu suất tế bào quang điện I bh h.c 0,32.6, 625.10−34.3.108 = 100% = 53% HD Giải: H = e.P.λ 1, 6.10 −19.1,5.0,5.10 −6 Ví dụ 7: Cơng êlectron Natri 2,48 (eV) Catot tế bào quang điện làm Natri chiếu sáng xạ có bước sóng λ = 0,36 (μm) có dòng quang điện bão hồ Ibh = 50 (mA).Cho biết:h = 6,625.10-34 (J.s); c = 3.10 (m/s) ; me = 9,1.10-31 (kg); - e = - 1,6.10-19 (C) a) Tính giới hạn quang điện Natri b) Tính vận tốc ban đầu cực đại êlectron quang điện c) Hiệu suất quang điện 60%, tính cơng suất nguồn xạ chiếu vào catôt HD Giải: hc = 0,5( μm) A hc mv b) Tính v0 Phương trình Anh-xtanh: = A + max λ a) Tính λ0 Giới hạn quang điện : λ0 = 124 Suy ra: v max = hc − A = 5,84.10 ( m / s ) me λ P P = nλ.ε suy nλ = ε I bh e n I hc H = e P = bh ≈ 0,29 (W) nλ Heλ c) Tính P Ta có Ibh = ne.e suy ne = -PT Anhxtanh: hf = hc = A + mv max λ = Wd max => U h = - Định lý động năng: eUh hc 1 ( − ) e λ λ0 Gọi v vận tốc e đập vào Anot Áp dụng định lí động năng: 1 1 mv − mv02 = eU AK => mv = mv02 + eU AK => mv = +ε − A + eU AK 2 2 1 mv = hc( − ) + eU AK => v λ λ0 - Hiện tượng electron không anot điện trường sinh cơng cản cản trở chúng - Muốn thì: Cơng cản điện trường có giá trị bé động ban đầu cực đại electron quang điện Ta có: eU h = mv mv02Max suy ra: Uh= 2|e| -Lưu ý: Khi chọn kết U h mv = mv02 + eU AK => mv = +ε − A + eU AK 2 2 Phương pháp Anhxtanh: hf = 1 mv = hc( − ) + eU AK => v λ λ0 Khi chiếu ánh sáng kích thích vào bề mặt KL e quang điện bị bật ra, KL điện tử (-) nên tích điện (+) có điện V Điện trường điện V gây sinh công cản AC = e.V ngăn cản bứt e Nhưng ban đầu A C < Wdmax , nên e quang điện bị bứt Điện tích (+) KL tăng dần, điện V tăng dần Khi V =Vmax cơng lực cản có độ lớn Wdmax e quang điện nên e khơng bật hc hc hc 1 Ta có: eVM ax = mev0max => eVM ax = ε − A = − Vậy VM ax = ( − ) λ λ0 e λ λ0 Ta có eVmax = eUh Theo định lý động eVmax = e U h = mv02max 125 ♥ Chú ý: ▪ Khi chiếu đồng thời xạ có bước sóng λ 1, λ2, λ3… vào kim loại có tượng quang điện xảy ra, với xạ cho giá trị điện cực đại V 1max, V2max, V3max… Khi điện cực đại kim loại V max = max {V1max ,V2 max ,V3 max } hay cách dễ nhớ điện Vmax ứng với xạ có bước sóng nhỏ xạ ▪ Xét vật cô lập điện, có điện cực đại Vmax khoảng cách cực đại dmax mà electron chuyển động điện trường cản có cường độ E tính theo công thức e Vmax = mv02max = e Ed max Ví dụ minh hoạ Ví dụ 1: Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,45 µm vào catot tế bào quang điện Cơng kim loại làm catot 2eV Tìm hiệu điện anot catot để dòng quang điện triệt tiêu? mv 2 HD Giải: Vận dụng Uh= ta phải tìm Eđ= ε -A Với Eđ= mv0 2|e| Từ ta tìm Uh=-0,76V Ví dụ 2: Cơng thoát electron khỏi kim loại natri 2,48 eV Một tế bào quang điện có catơt làm natri, chiếu sáng chùm xạ có λ = 0,36 µm cho dòng quang điện có cường độ bảo hòa 3µA Tính vận tốc ban đầu cực đại electron quang điện số electron bứt khỏi catôt giây hc I 2Wd HD Giải: Wd0 = - A = 1,55.10-19 J; v0 = = 0,58.106 m/s; ne = bh = 1,875.1013 λ e m Ví dụ 3: Chiếu xạ có bước sóng λ = 0,438 µm vào catơt tế bào quang điện Biết kim loại làm catôt tế bào quang điện có giới hạn quang điện λ0 = 0,62 µm Tìm điện áp hãm làm triệt tiêu dòng quang điện hc hc W HD Giải : Wd0 = = 1,33.10-19 J; Uh = - d = - 0,83 V λ λ0 e Ví dụ 4: Một cầu đồng (Cu) cô lập điện chiếu xạ điện từ có λ = 0,14 (μm), Cho giới hạn quang điện Cu λ1 = 0,3 (μm) Tính điện cực đại cầu hc 1 6, 625.10 −34.3.108 1 ( − ) = 4, 73V HD Giải: VM ax = ( − ) = −19 −6 e λ λ0 1, 6.10 0,14.10 0,3.10−6 Ví dụ Cơng electron khỏi đồng 4,57 eV Chiếu xạ có bước sóng λ = 0,14 µm vào cầu đồng đặt xa vật khác Tính giới hạn quang điện đồng điện cực đại mà cầu đồng tích hc 6,625.10 −34.3.108 hc = HD Giải: λ0 = = 0,27.10-6 m; Wd0 = - A = 6,88.10-19 J; −19 A 4,57.1,6.10 λ W Vmax = d = 4,3 V e Ví dụ Cơng electron khỏi kẽm 4,25 eV Chiếu vào kẻm đặt cô lập điện chùm xạ điện từ đơn sắc thấy kẻm tích điện tích cực đại V Tính bước sóng tần số chùm xạ 126 hc c = 0,274.10- m; f = = 1,1.1014 Hz A + Wd0max λ Ví dụ 7: Chiếu xạ đơn sắc có bước sóng theo tỉ lệ λ1 : λ : λ3 = : : 1,5 vào HD Giải : Wd0max = eVmax = eV; λ = catôt tế bao quang điện nhận electron quang điện có vận tốc ban đầu cực đại tương ứng có tỉ lệ v1 : v : v3 = : : k , với k bằng: A B / C D / hc mv = A + (1) λ hc mv (1) − (2) ⇒ = mv hc 2λ HD : = A+ (2) ⇒ ⇒3 = ⇒k = 2 k −1 2λ (3) − (2) ⇒ hc = k −1 mv ( ) 2 hc 6λ mv = A + k (3) 1, 5.λ DẠNG ĐIỆN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG Phương pháp Khi electron bay khỏi Katot cho hướng vào miền có từ trường chịu tác dụng lực Lorenxo có biểu thức FL = B.e.v.sinα Nếu phương chuyển động electron vuông góc với đường cảm ứng từ B quỹ đạo chuyển động đường tròn lực Lorenxo đóng vai trò lực hướng tâm Ta có FL = Fht ⇔ B.e.v = mv mv →r = r eB Với electron có vận tốc ban đầu cực đại v0max bán kính quỹ đạo cực đại rmax = R Từ ta R = mv0 max , với e = 1,6.10–19 (C) độ lớn điện tích electron eB ♥ Chú ý: Tương tự, cho electron bay vào miền có điện trường đều, có cường độ điện trường E (V/m) ta tính tốc độ electron điểm điện trường cách điểm ban đầu khoảng dựa định lý động năng: e E.d 2 2A mv − mv0 = A = e U = e E.d → v = v02 + = v02 + 2 m m Ví dụ minh hoạ Ví dụ Catốt tế bào quang điện phủ lớp xêsi (Cs) có cơng electron A = 1,9 (eV) Catốt chiếu sáng chùm sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,56 (μm) a) Xác định giới hạn quang điện Cs b) Dùng chắn tách tia hẹp electron quang điện hướng vào từ trường có độ lớn cảm ứng từ B = 6,1.10-5 (T) B vng góc với vận tốc ban đầu electron Xác định bán kính cực đại cuả quỹ đạo electron từ trường Hướng dẫn giải: a) Giới hạn quang điện Cs: λ0 = hc = 0,653 (μm) A 127 b) Theo hệ thức Anhxtanh: hc mv = A + max → v0 max = λ Bán kính quỹ đạo cực đại electron hc 2 − A λ = 3,34.10 (m/s) m mv0 max 9,1.10 −31.3,34.10 = R= = 3,11.102 (m) = 3,11 (cm) eB 1,6.10 −19.6,1.10 −5 Ví dụ Chiếu ánh sáng có bước sóng λ = 0,5 (μm) lên catốt tế bào quang điện Biết cơng kim loại A = 1,89 (eV) a) Tính giới hạn quang điện kim loại làm catốt cho biết kim loại gì? b) Tìm động ban đầu cực đại electron thoát khỏi catốt c) Dùng chắn tách tia hẹp electron quang điện hướng vào từ trường có cảm ứng từ B B vng góc với vận tốc ban đầu electron Bán kính cực đại cuả quỹ đạo electron từ trường (cm) Tính cảm ứng từ B từ trường Hướng dẫn giải: hc = 0,63 (μm), kim loại Cs A hc hc = A + Wđ max → Wđ max = − A = 9,51.10-20 (J) b) Theo công thức Anhxtanh: λ λ mv mv c) Bán kính cực đại electron cho công thức R = max → B = max ,(1) eB eR mv 2Wđ max = 4,57.105 (m/s) mà Wđ max = max → v0 max = m a) Giới hạn quang điện kim loại: λ0 = Thay vào biểu thức (1) ta B = 1,299.10–4 (T) Ví dụ Một điện cực phẳng nhôm rọi xạ tử ngoại có bước sóng λ = 83 (nm) Electron quang điện rời xa bề mặt điện cực đoạn tối đa điện trường cản lại chuyển động e có độ lớn E = 7,5 (V/cm)? Cho giới hạn quang điện nhôm 332 (nm) Hướng dẫn giải: Áp dụng hệ thức Anhxtanh ta có mv02max hc hc hc hc mv max = + → = − λ λ0 2 λ λ0 Khi electron chuyển động điện trường có cường độ điện trường E chịu tác dụng lực điện trường F =|e|.E, công lực điện trường cản electron A c = F.s, với s quãng đường mà electron Quãng đường tối đa mà electron đến dừng lại (v = 0) tính theo định lý động năng: hc hc mv mv 2 mv − mv0 max = Ac = − F s = − e E.s → s = max = max = − , (do v = 0) 2 e E e E λ λ0 e E Thay số ta tính s = 0,015 (m) = 1,5 (cm) Ví dụ Một điện cực phẳng nhôm rọi xạ có bước sóng λ Bên ngồi điện cực có điện trường cản E = 10 V/cm quang electron rời xa bề mặt điện cực đoạn tối đa cm Tìm giá trị bước sóng λ biết giới hạn quang điện nhơm 332 nm 128 Hướng dẫn giải: Áp dụng kết ta tính hc hc − = −e.E.s ⇒ λ = 0,05 μm λ0 λ Ví dụ Xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc chiếu vào bề mặt kim loại cho electron quang điện có vận tốc lớn vào vùng khơng gian có điện trường từ trường có véc tơ cảm ứng từ B véc tơ cường độ điện trường E vng góc với thấy electron không bị lệch hướng Cho E = 10 V/m B = 0,2 T, cơng A = eV véc tơ vận tốc electron vuông góc với B Hướng dẫn giải: + Do e khơng bị lệch hướng nên e.E = B.ev ⇒ v = 5.106 m/s + Từ ta tính hc mv 2hc = A+ ⇒λ= = 0, 0168 μm λ 2 A + mv Dạng ỨNG DỤNG HỆ THỨC ANHXTANH XÁC ĐỊNH CÁC HẰNG SỐ VẬT LÝ Phương pháp ▪ Xác đinh số Plăng biết U1, U2, λ1, λ2 hc λ = A + eU λ λ e ( U1 − U ) 1 hc( λ2 − λ1 ) → hc − = e ( U − U ) ⇔ = e ( U1 − U ) → h = λ1λ2 ( λ2 − λ1 ) c λ1 λ2 hc = A + eU λ2 ▪ Xác đinh khối lượng electron biết λ1 ,λ2, vmax1, vmax2 hc hc λ = λ + mv1 hc( λ2 − λ1 ) 2hc( λ2 − λ1 ) hc hc → − = m(v12 − v22 ) ⇔ = m(v12 − v22 ) → m = λ1 λ2 λ1λ2 λ1λ2 (v12 − v22 ) hc = hc + mv λ2 λ0 2 ♥ Chú ý: Thực chất với số cần tìm biết giá trị chúng, nhiên giá trị h =6,625.10-34(J.s) giá trị gần tìm thấy qua nhiều thí nghiệm Còn giá trị mà cần xác định giá trị gần lân cận giá trị Ví dụ minh hoạ Ví dụ Chiếu xạ f1 = 2,2.1015 Hz f2 = 2,538.1015 Hz vào Katot tế bào quang điện quang electron bắn bị giữ lại hiệu điện hãm có độ lớn tương ứng U1 = 6,6 (V) U2 = (V) a) Tính số Plăng b) Tính giới hạn quang điện kim loại Hướng dẫn giải: a) Theo hệ thức Anhxtanh ta có: hf1 = A + eU e ( U1 − U ) hc( λ2 − λ1 ) → h( f − f ) = e ( U − U ) ⇔ = e ( U1 − U ) → h = λ1λ2 f1 − f hf = A + eU 1,6.10 −19.( 6,6 − 8) = 6,627.10 −34 ( J s ) Thay số ta h = 2,2.1015 − 2,538.1015 129 b) Với giá trị h tìm ta tính cơng A kim loại: hf1 = A + eU → A = hf1 − eU = 6,627.10 −34.2,2.1015 − 1,6.10 −19.6,6 = 4,02.10 −19 ( J ) = 4.02.10 (J) Từ ta tính giới hạn quang điện λ0 = hc 6,627.10 −34.3.108 = = 0,495 (μm) A 4,02.10 −19 Dạng 5: QUANG ELECTRON CHUYỂN ĐỘNG TRONG ĐIỆN TRƯỜNG E PHƯƠNG PHÁP - Lực điện từ: F = q E - Điện trường đều: E = U d Tính khoảng cách x tối đa mà electron rời xa cực chuyển động điện trường: - Công lực điện trường: A = - Fx = - eEx Mà A = 1 1 mv2 - mv02 → eEx = mv02 - mv2 2 2 Tính bán kính lớn vùng bề mặt anot mà electron tới đập vào: - Khi quang electron bật khỏi catot chịu lực điện trường thu gia tốc a = F eE = m m - Xét trục tọa độ xOy: + x = v0maxt = Rmax → t = R max v 0max eE eE R max +y= t = d ( với d khoảng cách hai cực) ⇒ d = m m v 0max Ví dụ Chiếu ánh sáng có bước sóng λ = 0,4 ( µm) vào catốt tế bào quang điện có cơng electron quang điện A = ( eV) 1) Chứng tỏ có tượng quang điện xảy Vận ban đầu cực đại electron quang điện 2) Khi hiệu điện anốt catốt U AK = ( V ) vận tốc cực đại electron quang điện tới anốt bao nhiêu? Giải: 1) Giới hạn quang điện: λ0 = hc ,625 10 −3 4.3.10 = = ,6 ( µm) > λ = ,4 ( µm) ⇒ Xảy A0 2.1,6.1 0−1 tượng quang điện Vận tốc ban đầu cực đại: v0 = hc 2 − A0 λ = m 6,625 10 − 34 3.10 2. − 2.1,6.10 −19 −6 ,4.10 = 0,623.10 ( m / s) − 31 9,1.10 2) Cách 1: Electron chuyển động nhanh dần dọc theo đường sức: với vận tốc ban đầu v = 0,623.106 (m/s) gia tốc a = eE eU 1,6.10 −19 ,8 1.10 = = = m md 9,1.10 − 31 d d Vì vận tốc cực đại đến anốt tính theo cơng thức: v = v02 + 2.a.d = 0,623 2.10 12 + 2.0,8791 10 12 ≈ 1,465 10 ( m / s) 130 c) Tính bước sóng nhỏ tia X ? d) Coi có 1% số e đập vào đối Katốt tạo tia X Sau phút hoạt động đối Katốt nóng thêm độ cho khối lượng đối Katốt m = 100g nhiệt dung riêng 120J/kgđộ ĐS: a) Đs:N=3,74 1017 b) Wđ=1,6.10-15J c) λ0 =1,24 10−10 m d) suy ∆t =49,368 C Bài 5: Một ống Cu-lít-giơ có UAK= 15KV dòng điện chạy qua ống 20mA a) Tính tốc độ động e tới đối Katốt (v0=0) b) Tính nhiệt lượng toả đối Katốt phút lưu lượng H 20 để làm nguội đối Katốt biết nhiệt độ nước vào 20 400 nhiệt dung riêng cuả nước C= 4186 J/kgđộ ( cho toàn động e làm nóng đối Katốt ) ĐS: a )v=72,63 106 m/s b) Q=18000J Vậy lưu lượng nước làm nguội đối Ka tốt=3,58(g/s) Bài 6: (*) Một ống Rơn-ghen hoạt động điện áp U = 50000 V Khi cường độ dòng điện qua ống Rơn-ghen I = 5mA Giả thiết 1% lượng chum electron chuyển hóa thành lượng tia X lượng trung bình tia X sinh 75% lượng tia có bước sóng ngắn Biết electron phát khỏi catot với vận tôc a Tính cơng suất dòng điện qua ống Rơn-ghen b Tính số photon tia X phát giây? c Catot làm nguội dòng nước có nhiệt độ ban đầu t1 = 10 C Hãy tìm lưu lượng nước (lít/phút) phải dung để giữ cho nhiệt độ catot không thay đổi Biết khỏi ống Rơn-ghen nhiệt độ nước t = 25 C Nhiệt dung riêng nước c = 4200 J kg.K Khối lượng riêng nước 1000kg/m3 ĐS: a P = 250 W b Số photon tia X sinh giây: N = 4,2.1014 (photon/s) c Phần lượng biến thành nhiệt giây: Q = 0,99.UI m = 0,23 (lít/phút) TRẮC NGHIỆM VẬN DNG Câu 1: Chọn câu phát biểu sai: A Khi chùm ánh sáng truyền qua môi trờng vật chất chân không cờng độ chùm sáng giảm dần B Theo định luật Bu-ghe Lam-be cờng độ chùm sáng đơn sắc truyền qua môi trờng hấp thụ giảm theo độ dài đờng theo quy luật hàm số mũ C Nguyên nhân hấp thụ ánh sáng môi trờng tơng tác ánh sáng với phần tử vật chất môi trờng 167 D Khi chùm ánh sáng truyền qua môi trờng vật chất vật lợng chùm sáng bị tiêu hao biến thành lợng khác Câu 2: Gọi I0 cờng độ chùm sáng đơn sắc trun tíi m«i trêng hÊp thơ cã hƯ sè hÊp thụ Cờng độ chùm sáng sau truyền quãng đờng d xác định biĨu thøc lµ A I = I e −2αd B I = I e − αd C I = I e − α / d D I = I e −1/ αd Câu 3: Khi ánh sáng truyền qua môi trờng hệ số hấp thụ môi trờng phụ thuộc vào A số lợng phôtôn chùm ánh sáng truyền qua B cờng độ chùm ánh sáng đơn sắc truyền tới môi trờng C quãng đờng ánh sáng truyền môi trờng D bớc sóng ánh sáng Câu 4: Chùm ánh sáng không bị hấp thụ truyền qua m«i trêng A níc tinh khiÕt B thủ tinh suốt, không màu C chân không D không khí có độ ẩm thấp Câu 5: Chọn phát biểu không đúng: A Khi truyền môi trờng, ánh sáng có bớc sóng khác bị môi trờng hấp thụ khác B Chân không môi trờng không hấp thụ ánh sáng C Khi ánh sáng truyền qua môi trờng vật chất cờng độ chùm sáng giảm dần theo độ dài đờng truyền D Những vật có màu đen hấp thụ ánh sáng nhìn thấy Câu 6: Vật suốt không màu A không hấp thụ ánh sáng nhìn thấy miền quang phổ B hấp thụ xạ vùng màu tím C hấp thụ xạ vùng màu đỏ D hấp thụ tất xạ vùng ánh sáng nhìn thấy Câu 7: Chọn câu phát biểu sai câu sau: A Những chất không hấp thụ ánh sáng miền quang phổ chất suốt miền B Sự hấp thụ ánh sáng môi trờng nh ánh sáng truyền qua môi trờng C Vật suốt có màu vật hấp thụ lọc lựa ánh sáng miền nhìn thấy D Thuỷ tinh không màu hấp thụ mạnh tia tử ngoại Câu 8: Trờng hợp sau không với phát quang ? A Sự phát sáng bóng đèn dây tóc có dòng điện chạy qua B Sự phát sáng phôtpho bị ôxi hoá không khí C Sự phát quang số chất đợc chiếu sáng tia tử ngoại D Sự phát sáng đom đóm 168 Câu 9: Khi chiếu ánh sáng trắng qua kính lọc màu đỏ ánh sáng truyền qua kính có màu ®á, lÝ lµ A tÊm kÝnh läc mµu ®á có khả phát ánh sáng đỏ B kính lọc màu đỏ có tác dụng nhuộm đỏ ¸nh s¸ng tr¾ng C chïm ¸nh s¸ng tr¾ng, bøc xạ màu đỏ có bớc sóng lớn nên có thĨ trun qua tÊm kÝnh D tÊm kÝnh läc mµu đỏ hấp thụ ánh sáng màu đỏ nhng hấp thụ mạnh ánh sáng có màu khác Câu10: Khi chiếu ánh sáng tím vào kính lọc màu lam A ánh sáng tím truyền qua đợc lọc ánh sáng tím có bớc sóng nhỏ ánh sáng màu lam B ánh sáng tím không truyền qua đợc bị lọc hấp thụ hoàn toàn C ánh sáng truyền qua kính lọc có màu hỗn hợp màu lam màu tím D ánh sáng truyền qua kính lọc chuyển hoàn toàn thành màu lam Câu11: Trong câu sau đây, câu sai ? A Khi phản xạ bề mặt vật, ánh sáng phản xạ nh B Khi phản xạ, phổ ánh sáng phản xạ phụ thuộc vào phổ ánh sáng tới tính chất quang bề mặt phản xạ C Sự hấp thụ ánh sáng phản xạ ánh sáng có đặc điểm chung chúng có tính lọc lựa D Trong tán xạ ánh sáng, phổ ánh sáng tán xạ phụ thuộc vào phổ ánh sáng tới tính chất quang học bề mặt tán xạ Câu12: Chiếu chùm ánh sáng trắng vào vật ta thấy có màu đỏ Nếu chiếu vào chùm ánh sáng màu lục ta nhìn thấy vật có màu A lục B đen C đỏ D hỗn hợp đỏ lục Câu13: Chiếu chùm ánh sáng trắng tới vật, vật phản xạ tất ánh sáng đơn sắc chùm sáng trắng theo hớng phản xạ, ta nhìn thấy vật A có màu giống nh cầu vồng B có màu đen C có màu trắng D có vạch màu ứng với màu ánh sáng đơn sắc Câu14: Chiếu chùm ánh sáng trắng tới vật, vật hấp thụ tất ánh sáng đơn sắc chùm sáng trắng theo hớng phản xạ, ta nhìn thấy vật A có vạch màu ứng với màu ánh sáng đơn sắc B có màu trắng C có màu giống nh cầu vồng 169 D có màu đen Câu15: Phần lớn vật thể có màu sắc chúng đợc cấu tạo từ vật liệu xác định, đồng thời A chúng hấp thụ, phản xạ hay tán xạ loại ánh sáng B chúng phản xạ ánh sáng chiếu vào C chúng hấp thụ ánh sáng chiếu vào D chúng hấp thụ số bớc sóng ánh sáng phản xạ, tán xạ bớc sóng khác Câu16: Một đặc điểm lân quang A ánh sáng lân quang ánh sáng màu xanh B xảy chất lỏng chất khí C có thời gian phát quang ngắn nhiều so víi sù hnh quang D thêi gian ph¸t quang kÐo dài từ 10-6s trở lên Câu17: Thông tin sau nói huỳnh quang ? A Sự huỳnh quang phát quang ngắn, dới 10-8s B Trong sù huúnh quang, ¸nh s¸ng ph¸t quang kéo dài thời gian sau tắt ánh sáng kích thích C Sự phát quang thờng xảy với chất rắn D Để có huỳnh quang không thiết phải có ánh sáng kích thích Câu18: Trong phát quang, gọi bớc sóng ánh sáng kích thích ánh sáng phát quang Kết luận sau ®óng ? A λ1 > λ B λ1 < λ C λ1 = λ D Câu19: Trong nguyên tắc cấu laze, môi trờng hoạt tính có đặc điểm A số nguyên tử mức trên(trạng thái kích thích) có mật độ lớn so với mức thấp B số nguyên tử mức trên(trạng thái kích thích) có mật độ nhỏ so với mức thấp C mức ứng với trạng thái kích thích có lợng cao so với mức D mức ứng với trạng thái kích thích có lợng thấp so với mức Câu20: Đặc điểm sau không với laze ? A Có độ đơn sắc cao B Là chùm sáng có độ song song cao C Có mật độ công suất lớn D Các phôtôn thành phần tần số nhng đôi ngợc pha Câu21: Đặc điểm sau không với laze ? A Các phôtôn thành phần pha B Có mật độ công suất lớn C Thờng chùm sáng có tính hội tụ mạnh D Có độ đơn sắc cao 170 Câu22: Sự phát sáng nguồn sáng dới phát quang ? A Bóng đèn xe máy B Hòn than hồng C Đèn LED D Ngôi băng Câu23: Một chất phát quang có khả phát ánh sáng màu vàng lục đợc kích thích phát sáng Hỏi chiếu vào chất ánh sáng đơn sắc dới chất phát quang ? A Lục B Vàng C Da cam D Đỏ Câu24: ánh sáng phát quang cđa mét chÊt cã bíc sãng 0,50 µm Hỏi chiếu vào chất ánh sáng có bớc sóng dới không phát quang ? A 0,30 µm B 0,40 µm C 0,50 àm D 0,60 àm Câu25: Trong tợng quang – ph¸t quang, cã sù hÊp thơ ¸nh s¸ng để làm ? A Để tạo dòng điện chân không B Để thay đổi điện trở vật C Để làm nóng vật D Để làm cho vật phát sáng Câu26: Hãy chọn câu Hiệu suất laze A nhỏ B băng C lín h¬n D rÊt lín so víi Câu27: Hãy chọn câu Trong tợng quang phát quang, hấp thụ hoàn toàn phôtôn ®a ®Õn A sù gi¶i phãng mét electron tù B giải phóng electron liên kết C giải phóng cặp electron lỗ trống D phát phôtôn khác Câu28: Hãy chọn câu xét phát quang chất lỏng chất rắn A Cả hai trờng hợp phát quang huỳnh quang B Cả hai trờng hợp phát quang lân quang C Sự phát quang chất lỏng huỳnh quang, chất rắn lân quang D Sự phát quang chất lỏng lân quang, chất rắn huỳnh quang Câu29: Trong trờng hợp dới có quang phát quang ? A Ta nhìn thấy màu xanh biển quang cáo lúc ban ngày B Ta nhìn thấy ánh sáng lục phát từ đầu cọc tiêu đờng núi có ánh sáng đèn ô tô chiếu vào C Ta nhìn thấy ánh sáng đèn đờng D Ta nhìn thấy ánh sáng đỏ kính đỏ Câu30: Tia laze đặc điểm dới ? A Độ đơn sắc cao B Độ đính hớng cao 171 C Cờng độ lớn D Công suất lớn Câu31: Trong laze rubi có biến đổi dạng lợng dới thành quang ? A Điện B Cơ C Nhiệt D Quang Câu32: Sự phát xạ cảm ứng ? A Đó phát phôtôn nguyên tử B Đó phát xạ nguyên tử trạng thái kích thích dới tác dụng điện từ trờng có tần số C Đó phát xạ đồng thời hai nguyên tử có tơng tác lẫn D Đó phát xạ nguyên tử trạng thái kích thích, hấp thụ thêm phôtôn có tần số Câu33: Màu đỏ rubi ion phát ? A Ion nhôm B Ion ôxi C Ion crôm D Các ion khác Câu34: Khi chiếu vào bìa tím chùm ánh sáng đỏ, ta tháy bìa có màu A tím B đỏ C vàng D đen Câu35: Bút laze mà ta thờng dùng để bảng thuộc loại laze nào? A Khí B Lỏng C Rắn D Bán dẫn Câu36: Sự phát quang vật dới phát quang ? A Tia lưa ®iƯn B Hå quang C Bãng ®Ìn ống D Bóng đèn pin Câu37: Nếu ánh sáng kích thích ánh sáng màu lam ánh sáng huỳnh quang ánh sáng dới ? A ánh sáng đỏ B ánh sáng lục C ánh sáng lam D ánh sáng chàm Câu38: Một chất có khả phát quang ánh sáng màu đỏ ánh sáng màu lục Nếu dùng tia tử ngoại để kích thích phát quang chất ánh sáng phát quang có màu ? A Màu ®á B Mµu vµng C Mµu lơc D Mµu lam CÁC SAI LẦM THƯỜNG GẶP - Học sinh xác định sai dạng tập áp dụng nhầm công thức - HS quên không đổi đơn vị đổi sai BÀI TẬP TỔNG HỢP CÓ HƯỚNG DẪN Bài 1: Khi chiếu xạ có bước sóng 0,4 µm vào catốt tế bào quang điện, muốn triệt tiêu dòng quang điện hiệu điện A K -1,25V a Tìm vận tốc ban đầu cực đại e quang điện b Tìm cơng e kim loại làm catốt (tính eV) 172 mv02max =| eU h |⇒ v0 = HD Giải :a 2eU h = m b.Cơngthốt: A = 2.1,6.10 −19.1,25 = 0,663.106 m/s −31 9,1.10 hc 6, 625.10−34.3.108 − mv0max = − 9,1.10−31 ( 0,663.106 ) −6 λ 0, 4.10 = 2,97.10 −19 J = 1,855eV Bài 2: Cơng vơnfram 4,5 eV a Tính giới hạn quang điện vơnfram b Chiếu vào vơnfram xạ có bước sóng λ động ban đầu cực đại e quang điện 3,6.10-19J Tính λ c Chiếu vào vơnfram xạ có bước sóng λ’ Muốn triệt tiêu dòng quang điện phải cần hiệu điện hãm 1,5V Tính λ’? HD Giải : hc 6,625.10 −34.3.10 = = 0,276 µm A 4,5.1,6.10 −19 hc hc 6, 625.10−34.3.108 = A + W ⇒ λ = = = 0,184 µm b đ λ A + Wđ 4,5.1, 6.10−19 + 3, 6.10−19 a λ = hc hc 6, 625.10−34.3.108 = A + eU ⇒ λ ' = = = 0, 207 µm h c λ ' A + eU h 4,5.1, 6.10−19 + ( −1,5 ) −1, 6.10−19 ( ) Bài 3: Công tối thiểu để êlectron khỏi bề mặt kim loại tế bào quang điện 1,88eV Khi chiếu xạ có bước sóng 0,489 µm dòng quang điện bão hòa đo 0,26mA a Tính số êlectron tách khỏi catốt phút b Tính hiệu điện hãm để triệt tiêu hồn tồn dòng quang điện HD Giải : a Ibh = n e = 26.10-5A (n số êlectron tách khỏi catốt 1s) n = 26.10 −5 = 16,25.1014 ; 1,6.10 −19 Số êlectron tách khỏi K phút: N=60n = 975.1014 b eU h = mv02 hc 6,625.10 −34.3.10 = −A= − 1,88eV = 2,54 − 1,88 = 0,66eV λ 0,489.10 −6.1,6.10 −19 Hiệu điện hãm Uh = – 0,66V Bài 4: Catốt tế bào quang điện xêdi (Cs) có giới hạn quang điện λ0=0,66µm Chiếu vào catốt xạ tử ngoại có bước sóng λ =0,33 µm Hiệu điện hãm UAK cần đặt anôt catơt để triệt tiêu dòng quang điện bao nhiêu? HD Giải : -Để triệt tiêu dòng quang điện, cơng lực điện trường phải triệt tiêu động ban đầu cực đại quang êlectron (khơng có êlectron đến anơt) 173 eU AK = mv0max hc hc hc hc 6, 625.10−34.3.108 = − = ⇒ U AK = =− = −1,88 ( V ) λ λ0 λ0 eλ0 0, 66.10−6 −1, 6.10 −19 ( ) -Như để triệt tiêu hoàn tồn dòng quang điện thì: UAK ≤ –1,88V Bài 5: Khi chiếu hai xạ có bước sóng 0,25 µm 0,3 µm vào kim loại vận tốc ban đầu cực đại êlectron quang điện 7,31.10 m/s 4,93.105 m/s a Tính khối lượng êlectron b Tính giới hạn quang điện kim loại 2 2 mv 01 mv 02 v 01 v 02 hc hc max max max max = A + = A + ⇒ hc − = m ( − ) HD Giải :a ; λ1 λ2 2 λ1 λ m= 2hc 2 v01 max − v02 max 1 2.6,625.10 −34.3.10 − = 10 10 λ1 λ2 53,4361.10 − 24,3049.10 1 − −6 0,3.10 −6 0,25.10 m= 1,3645.10-36.0,667.106= 9,1.10-31 kg hc mv = A+ λ1 01 max ⇒ A= 01 max hc mv − λ1 = λ0 = − 34 − 31 ( 6,625.10 3.10 9,1.10 7,31.10 − 0,25.10 − ) b.Giớihạnquangđiện: = 5,52.10 −19 J hc 6,625.10 −34.3.10 = = 3,6.10 −7 m = 0,36µm A 5,52.10 −19 Bài 6: a Khi chất bị kích thích phát ánh sáng đơn sắc màu tím có bước sóng 0,4 µm lượng phơtơn phát có giá trị bao nhiêu? Biết h =6,625.10-34Js; c =3.108 m/s b Đối với nguyên tử hiđrô, êlectron chuyển từ quỹ đạo M quỹ đạo K nguyên tử phát phơtơn có bước sóng 0,1026 μm Lấy h = 6,625.10 -34J.s, e = 1,6.10-19 C c = 3.108m/s Năng lượng phôtôn bao nhiêu? Nếu photon truyền vào nước có chiết suất n = lượng thay đổi nào? HD Giải : a Năng lượng photon tương ứng: ε = hc 6,625.10 −34.3.10 = = 4,97.10 −19 J λ 0,4.10 −6 b Năng lượng photon tương ứng: ε = hc 6, 625.10−34.3.108 = = 12,1 eV λ 1, 6.10−19 0,1026.10−6.1, 6.10−19 Tần số ánh sáng không thay đổi truyền qua mơi trường khác nên lượng khơng thay đổi truyền từ khơng khí vào nước Bài 7: Cơng êlectron kim loại 7,64.10 -19J Chiếu vào bề mặt kim loại xạ có bước sóng λ1 = 0,18 μ m, λ2 = 0,21 μ m λ3 = 0,35 μ m Lấy h = 6,625.10-34J.s, c = 3.108 m/s a Bức xạ gây tượng quang điện kim loại đó? b Tính động ban đầu cực đại electron quang điện 174 c Tính độ lớn điện áp để triệt tiêu dòng quang điện HD Giải : a Giới hạn quang điện : λ0 = hc 6, 625.10−34.3.108 = = 0, 26 µ m A 7, 64.10−19 Ta có : λ1, λ2 < λ0 ; hai xạ gây tượng quang điện cho kim loại b λ1, λ2 gây tượng quang điện, tính tốn cho xạ có lượng photon lớn (bức xạ λ1 ) hc = A + W0 đ max ⇒ λ1 TheocôngthứcEinstein : W0 đ max = hc 6,625.10 −34.3.108 −A= − 7,64.10 −19 = 3,4.10 −19 J λ1 0,18.10 −6 Mặt khác : W0 đ max c Độ = mv02max ⇒ v0 max = lớn W0 đ max = e U h ⇒ U h = điện áp 2.3,4.10 −19 = 864650 m / s ≈ 8,65.10 m / s −31 9,1.10 2.W0 đ max = m để triệt tiêu dòng quang điện : W0 đ max 3,4.10 −19 = = 2,125V e 1,6.10 −19 Bài 8: Thực tính tốn để trả lời câu hỏi sau: a Electron phải có vận tốc để động lượng photon ánh sáng có bước sóng λ = 5200A0 ? b Năng lượng photon phải để khối lượng khối lượng nghỉ electron? Cho khối lượng nghỉ electron me = 9,1.10 −31 kg HD Giải : 2hc 2.6,625.10 −34.3.108 hc hc ⇒v= = = 9,17.10 m / s ⇔ me v = a Theo ra: Weđ = −31 −10 me λ 9,1.10 5200.10 λ λ b Năng lượng photon: E = m ph c Khối lượng electron khối lượng nghỉ electron ( m ph = me ) nên: ( E = me c = 9,1.10 −31 3.108 ) = 8,19.10 −14 J = 0,51 MeV Bài 9: Cơng êlectron đồng 4,47 eV a.Tính giới hạn quang điện đồng? b Khi chiếu xạ có bước sóng λ = 0,14 (μm) vào cầu đồng cách li với vật khác tích điện đến hiệu điện cực đại ? c Khi chiếu xạ có bước sóng λ' vào cầu đồng cách ly cới vật khác cầu đạt hiệu điện cực đại (V) Tính λ' vận tốc ban đầu êlectron quang điện Cho biết : h = 6,626.10-34- (J.s) ; c = 3.108 (m/s) ; me = 9,1.19-31 (kg) HD Giải : 175 a λ0 = hc = 278.10 −9 m = 278 nm A b Gọi điện cực đại cầu đồng :Vmax Khi chiếu xạ có bước sóng λ đến cầu đồng cách ly với vật khác, êlectron quang bứt khỏi cầu, điện tích dương cầu tăngdần nên điện V cầu tăng dần + Điện V → Vmax êlectron quang bứt khỏi + cầu bị điện trường kéo trở lại Theo công thức Einstein: + hc = A + mv02max λ Mà điện cực đại vật tính theo cơng thức: ⇒ → Vmax + + + v0 mv02max = e Vmax hc = A + e Vmax λ 6, 625.10−34.3.108 hc − 4, 47.1, 6.10−19 −A −6 0,14.10 = λ = = 4, 402 V e 1, 6.10−19 e Vmax 2.1,6.10 −19.4,4 = = 1,244.10 m / s −31 m 9,1.10 hc ' − A = eVmax = mv '02 c Tính λ' v'0 Tương tự: λ' hc 2eV ' max = 0,166( µm) Và: v'0 = = 1,027.10 (m / s) Suy ra: λ ' = A + eV ' max me Lại có: mv02max = e Vmax → v0 max = Bài 10: Chiếu xạ có bước sóng λ = 0.6µm vào catot tế bào quang điện có cơng A= 1.8eV Dùng chắn tách chùm hẹp electron quang điện cho chúng bay vào điện trường từ A đến B cho U AB = -10V Vận tốc nhỏ lớn electron tới B là: A.18,75.105 m/s 18,87.105 m/s B.18,87.105m/s 18,75.105m/s C.16,75.105m/s 18.87.105m/s D.18,75.105m/s 19,00.105m/s Giải: λ0 = hc 6.625.10−34.3.108 = 0, 69.10−6 m = 0, 69µ m ; = −19 A 1,8.1, 6.10 -Khi Vận tốc ban đầu cực đại e theo chiều tăng tốc với UAB ta có vận tốc lớn electron tới B v: Gọi v ( Hay vmax ) vận tốc cực đại e đến B Áp dụng định lí động năng: 1 2 mv − mv0 = / eU AB / => mv = mv02 + / eU AB / 2 2 => mv = +ε − A + / eU AB / 176 1 mv = hc ( − ) + / eU AB / => vmax = λ λ0 / eU AB / 2hc 1 ( − )+ m λ λ0 m 2.6.625.10−34.3.108 1 2.1, 6.10−19 ( − ) + 10 = 19, 00.105 m / s −31 −6 −31 9.1.10 10 0, 0, 69 9.1.10 -Khi vận tốc ban đầu e ta có vận tốc nhỏ electron tới B v : Thế số : vmax = 2 2.1, 6.10−19 mvmin = eU AB => vmin = eU AB Thế số : vmin = 10 = 18,75228.105 m / s −31 m 9.1.10 Đáp án D Bài 11: Chiếu xạ có tần số f1 vào cầu kim loại đặt lập xãy tượng quang điện với điện cực đại cầu V động ban đầu cực đại e quang điện nửa cơng kim loại Chiếu tiếp xạ có tần số f = f1 + f vào cầu điện cực đại cầu 5V Hỏi chiếu riêng xạ có tần số f vào cầu (đang trung hòa điện) điện cực đại cầu là: A V1 B 2,5V1 C 4V1 D 3V1 mv0 max = A + A = 1,5 A 2 hf1 = A + e V1 hay eV1 = A Điện cực đại: * Chiếu f2=f1+f thì: hf = hf1 + hf = A + e V2 = A + e 5V1 = A + 5.0,5 A = 3,5 A * Chiếu f1 thì: hf1 = A + * Chiếu f thì: hf = A + e Vmax Vậy: hf = A + e Vmax ↔ 3,5 A − hf1 = A + e Vmax ↔ 3,5 A − 1,5 A = A + e Vmax ↔ e Vmax = A = e V1 = 2V1 Đáp án A Bài 12: chiếu xạ có tần số f1 vào cầu kim laoij đặt lập xảy tượng quang điện với điện cực đại cầu V động ban đầu cực đại electron quang điện phần ba công kim loại chiếu tiếp xạ có tần số f2=f1+f vào cầu kim loại điện cực đại 7V hỏi chiếu riêng xạ có tần số f vào cầu kim loại (đang trung hòa điện) điện cực đại cầu là: Đáp số: 3V1 Giải: Điện cầu đạt e(Vmax – 0) = mv12 = A + eV1 (1) 2 mv 21 h(f1+ f) = A + = A + eV2 = A + 7eV1 (3) ta có hf1 = A + mv02max = eU h mv12 = 3eV1 mv Với A = hf = A + = A + eV (2) (4) Lấy (3) – (1) : hf = 6eV1 => 6eV1 = A + eV=> eV = 6eV1 – A = 3eV1 Do V = 3V1 Bài 13: Katốt tế bào quang điện có cơng 1,5eV, chiếu xạ đơn sắc λ Lần lượt đặt vào tế bào, điện ápUAK = 3V U’AK = 15V, thấy vận tốc cực đại elêctrơn đập vào anốt tăng gấp đôi Giá trị λ là: 177 A 0,259 µm B 0,795µm C 0,497µm D 0,211µm o max mv mv (1) 2 mv' mvo2 max mv mvo2 max eU’AK = =4 (2) 2 2 mv mv => (2) – (1): = e(U’AK – UAK) = 12eV=> = 4eV (3) 2 mvo2 max mv Thế (3) vào (1) => = - eUAK = 1eV 2 hc hc mvo2 max => =A+ = 1,5eV + eV = 2,5eV => λ = = 0,497 µm 2,5eV λ Giải: Theo Định lì động năng: eUAK = Chọn C Bài 14: Chiếu lên bề mặt kim loại có cơng electrơn A = 2,1 eV chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ=0,485μm Người ta tách chùm hẹp electrơn quang điện có vận tốc ban đầu cực đại hướng vào khơng gian có điện trường E từ trường B Ba véc tơ v , E , B vng góc với đôi Cho B = 5.10 -4 T Để electrôn tiếp tục chuyển động thẳng cường độ điện trường E có giá trị sau ? A 201,4 V/m B 80544,2 V/m C 40.28 V/m D 402,8 V/m Giải: Vận tốc ban đầu cực đại electron; v= hc ( − A) = m λ 6,625.10 −34.3.10 ( − 2,1.1,6.10 −19 ) = 0,403.106 m/s −31 −6 9,1.10 0,485.10 Đề electron tiếp tục chuyển động thẳng lực Lorenxo cân với lực điện tác dụng lên electron: Bve = eE =-> E = Bv = 5.10-4 0,403.106 = 201,4 V/m Chọn đáp án A Bài 15 Công thoát electron khỏi kim loại A = 6,625.10–19 J, số Plăng h = 6,625.10–34 J.s, vận tốc ánh sáng chân khơng c = 3.10 m/s Tính giới hạn quang điện kim loại Đáp số : λ0 = 0,300 μm Bài 16.Chiếu xạ tử ngoại có λ = 0,25 μm vào kim loại có cơng 3,45 eV Vận tốc ban đầu cực đại êlectron quang điện bao nhiêu? Đáp số : v0max = 7,3.105 m/s Bài 17 Catốt tế bào quang điện làm Cesi có giới hạn quang điện 0,66 μm Chiếu vào catốt ánh sáng tử ngoại có bước sóng 0,33 μm Động ban đầu cực đại quang electron có giá trị bao nhiêu? Đáp số: Wd.max = 3,01.10–19 J Bài 18 Giới hạn quang điện kẽm 0,36 μm, công thoát e kẽm lớn natri 1,4 lần Giới hạn quang điện natri có giá trị ? Đáp số : λ0 = 0,504 μm Bài 19 Chiếu xạ có bước sóng λ1 = 0,405 μm vào catơt tế bào quang điện vận tốc ban đầu cực đại electrôn v1, thay xạ khác có tần số f2 = 16.1014 Hz vận tốc ban đầu cực đại electrơn v2 = 2v1 Cơng electrơn khỏi catôt 178 Đáp số : A = 3.10–19 J Bài 20 Catốt tế bào quang điện có giới hạn quang điện λ = 322 nm Tính a) cơng electron b) vận tốc ban đầu cực đại electron bắn từ catốt chiếu vào chùm sáng đơn sắc có bước sóng 250 nm Đáp số:a) A = 3,74.10–3 eV b) v0max = 1,31.106 m/s Bài 21 Một Niken có cơng eV, chiếu ánh sáng tử ngoại có bước sóng λ = 0,2 μm Xác định vận tốc ban đầu cực đại electron bắn từ catôt Đáp số: v0max = 6,65.106 m/s B KIẾN THỨC NÂNG CAO Thí nghiệm với tế bào quang điện a.Thí nghiệm Tế bào quang điện bình chân khơng (đã hút hết khơng khí bên trong), gồm có hai điện cực: ▪ Anot vòng dây kim loại ▪ Catot có dạng chỏm cầu kim loại ▪ Khi chiếu vào catốt tế bào quang điện ánh sáng đơn sắc có bước sóng thích hợp mạch xuất dòng điện gọi dòng quang điện Vậy: dòng quang điện: dòng chuyển dời có hướng electron bật khỏi catốt anốt tác dụng điện trường A K b Kết thí nghiệm ▪ Với kim loại dùng làm catot, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ nhỏ giới hạn λ0 tượng xảy ▪ Cường độ dòng quang điện phụ thuộc vào UAK theo đồ thị sau: + UAK > 0: Khi UAK tăng I tăng, đến giá trị đó, I đạt đến giá trị bão hòa Lúc UAK tăng I khơng tăng + UAK < 0: I không triệt tiêu mà phải đến giá trị U AK = Uh < ♥ Chú ý: ▪ Muốn cho dòng quang điện triệt tiêu phải đặt AK hiệu điện hãm U h < 0, trị số Uh phụ thuộc vào bước sóng λ chùm sáng kích thích ▪ Dòng quang điện bão hòa tất electron bứt khỏi Catot đến Anot ▪ Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích mà khơng phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích ▪ Độ lớn Uh tính từ biểu thức định lý động năng: mv02max = eU h , e = –1,6.10–19 C điện tích electron, m = 9,1.10–31kg khối lượng electron 2.Định luật cường độ dòng quang điện bảo hòa 179 Đối với ánh sáng thích hợp (có λ ≤ λ0), cường độ dòng quang điện bảo hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích I Ibảo hòa Uh O U Định luật động cực đại quang electron Động ban đầu cực đại quang electron không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích, mà phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích chất kim loại Hệ thức Anhxtanh ▪ Anhxtanh coi chùm sáng chùm hạt, hạt phôtôn mang lượng xác định ε = h.f ▪ Trong tượng quang điện có hấp thụ hồn tồn phơ tơn chiếu tới Mỗi phơtơn bị hấp thụ truyền tồn lượng cho electron Đối với electron bề mặt lượng ε dùng làm hai việc: - Cung cấp cho electron cơng A để thắng lực liên kết tinh thể ngồi - Cung cấp cho electron động ban đầu cực electron bay đến Anot Theo định luật bảo tồn lượng ta có hf = -với λ0 giới hạn quang điện kim loại: loại : A= hc = A + mv 02 max λ hc λ0 = -Cơng e khỏi kim A h.c λ0 f0 = -Tần số sóng ánh sáng giới hạn quang điện : c λ0 với : V0 vận tốc ban đầu cực đại quang e (Đơn vị V0 m/s) λ0 giới hạn quang điện kim loại làm catot (Đơn vị λ0 m; µm; nm;pm) m (hay me ) = 9,1.10-31 kg khối lượng e; e = 1,6.10-19 C điện tích nguyên tố ; 1eV=1,6.10-19J f Một số công thức mở rộng + Để dòng quang điện triệt tiêu U AK ≤ Uh (Uh < 0): eU h = mv02Max Uh gọi hiệu điện hãm Lưu ý: Trong số toán người ta lấy Uh > độ lớn + Xét vật lập điện, có điện cực đại V Max khoảng cách cực đại dMax mà electron chuyển động điện trường cản có cường độ E tính theo công thức: e VMax = mv02Max = e Ed Max 180 + Với U hiệu điện anot catot, v A vận tốc cực đại electron đập vào anốt, vK = v0Max vận tốc ban đầu cực đại electron rời catốt thì: eU = 1 mv A2 - mvK2 2 pt ptλ = ε hc nλ số photon phát giây ε lượng tử +Công suất nguồn sáng: P = nλε +Số hạt photôn đập vào: Nλ = ánh sáng +Cường độ dòng quang điện bão hòa: I bh = nee (Giả sử n= ne , với n số electron đến Anốt) ne số quang electron khỏi catot giây = n số electron tới anot giây e điện tích nguyên tố +Hiệu điện hãm: / eU h / = +Hiệu suất lượng tử: H= me v02 ne nλ I hc bh Hay : H = pλ e ne số electron khỏi catot kim loại giây nλ số photon đập vào catot giây g Các số vật lý đổi đơn vị vật lý +Hằng số Plank: h = 6,625.10-34 J.s +Vận tốc ánh sáng chân khơng: c = 3.108 m/s +Điện tích nguyên tố : |e| = 1,6.10-19 C; hay e = 1,6.10-19 C +Khối lượng e : m (hay me ) = 9,1.10-31 kg +Đổi đơn vị: 1eV=1,6.10 -19J 1MeV=1,6.10-13J 181 ... max => U h = - Định lý động năng: eUh hc 1 ( − ) e λ λ0 Gọi v vận tốc e đập vào Anot Áp dụng định lí động năng: 1 1 mv − mv02 = eU AK => mv = mv02 + eU AK => mv = +ε − A + eU AK 2 2 1 mv = hc( −... BÀI TẬP SỬ DỤNG ĐỊNH LÝ ĐỘNG NĂNG hc = A + mv max λ Gọi v vận tốc e đập vào Anot Áp dụng định lí động năng: 1 1 mv − mv02 = eU AK => mv = mv02 + eU AK => mv = +ε − A + eU AK 2 2 Phương pháp... với sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = c , tức f vạch quang phổ có màu (hay vị trí) định Điều lí giải quang phổ phát xạ hiđrô quang phổ vạch -Ngược lại nguyên tử hiđrô mức lượng Ethấp mà nằm