THÔNG TIN TÀI LIỆU
BÀI GIẢNG LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP ỨNG DỤNG GV: ĐỒN VĂN LƯỢNG GV: Địan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang CHUYÊN ĐỀ: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG A TÓM TẮT LÝ THUYẾT I Hiện tượng quang điện(ngoài) - Thuyết lượng tử ánh sáng a Hiện tượng quang điện Hiện tượng ánh sáng làm bật electron khỏi mặt kim loại gọi tượng quang điện (gọi tắt tượng quang điện) b Các định luật quang điện + Định luật quang điện thứ (định luật giới hạn quang điện): Đối với kim loại ánh sáng kích thích phải có bước sóng ngắn hay giới hạn quang điện kim loại đó, gây tượng quang điện: 0 + Định luật quang điện thứ hai (định luật cường độ dòng quang điện bảo hòa): Đối với ánh sáng thích hợp (có 0), cường độ dòng quang I điện bảo hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích Ibảo hịa + Định luật quang điện thứ ba (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 Uh O U sóng ánh sáng kích thích chất kim loại c Thuyết lượng tử ánh sáng + Chùm ánh sáng chùm phôtôn (các lượng tử ánh sáng) Mỗi phơtơn có lượng xác định (năng lượng phô tôn = hf (J) Nếu chân khơng h f h.c f tần số sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng h=6,625.10-34 J.s : số Plank; c =3.108 m/s : vận tốc ánh sáng chân không + Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát giây + Phân tử, nguyên tử, electron phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, nghĩa chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn + Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s chân không + Năng lượng phôtôn nhỏ Một chùm sáng dù yếu chứa nhiều phôtôn nhiều nguyên tử, phân tử phát Vì ta nhìn thấy chùm sáng liên tục +Phôtôn tồn trạng thái chuyển động Khơng có phơtơn đứng n d Giải thích định luật quang điện hc = A + mv 20 max hc 0 = -Cơng e khỏi kim loại : A c f0 0 + Công thức Anhxtanh tượng quang điện: hf = -với giới hạn quang điện kim loại: -Tần số sóng ánh sáng giới hạn quang điện : A h.c 0 với : V0 vận tốc ban đầu cực đại quang e (Đơn vị V0 m/s) 0 giới hạn quang điện kim loại làm catot (Đơn vị 0 m; m; 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 +Bảng giá trị giới hạn quang điện Chất kim loại Chất kim loại Chất bán dẫn o(m) o(m) o(m) Bạc 0,26 Natri 0,50 Ge 1,88 Đồng 0,30 Kali 0,55 Si 1,11 Kẽm 0,35 Xesi 0,66 PbS 4,14 Nhôm 0,36 Canxi 0,75 CdS 0,90 e Lưỡng tính sóng - hạt ánh sáng +Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt +Trong tượng quang học, ánh sáng thường thể rỏ hai tính chất Khi tính chất sóng thể rỏ tính chất hạt lại mờ nhạt, ngược lại +Sóng điện từ có bước sóng ngắn, phơtơn có lượng lớn tính chất hạt thể rõ, tượng quang điện, khả đâm xun, khả phát quang…,cịn tính chất sóng mờ nhạt GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang +Trái lại sóng điện từ có bước sóng dài, phơtơn ứng với có lượng nhỏ, tính chất sóng lại thể rỏ tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, …, cịn tính chất hạt mờ nhạt II Hiện tượng quang điện a Chất quang dẫn: Chất quang dẫn chất bán dẫn, dẫn điện không bị chiếu sáng dẫn điện tốt bị chiếu ánh sáng thích hợp b Hiện tượng quang điện trong:Hiện tượng ánh sáng giải phóng electron liên kết để chúng trở thành electron dẫn đồng thời tạo lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện, gọi tượng quang điện c Quang điện trở: Được chế tạo dựa hiệu ứng quang điện Đó bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi cường độ chùm ánh sáng chiếu vào thích hợp d Pin quang điện: Pin quang điện nguồn điện quang biến đổi trực tiếp thành điện Hoạt động pin dựa tượng quang điện số chất bán dẫn ( đồng ôxit, sêlen, silic, ) Suất điện động pin thường có giá trị từ 0,5 V đến 0,8 V Pin quang điện (pin mặt trời) trở thành nguồn cung cấp điện cho vùng sâu vùng xa, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ, máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi … III So sánh tượng quang điện quang điện trong: So sánh Hiện tượng quang điện Hiện tượng quang dẫn Vật liệu Kim loại Chất bán dẫn Bước sóng as kích thích Nhỏ, lượng lớn (như tia tử ngoại) Vừa, lượng trung bình (as nhìn thấy ) Do ưu điểm cần as kích thích có lượng nhỏ (bước sóng dài as nhìn thấy) nên tượng quang điện ứng dụng quang điện trở (điện trở thay đổi chiếu as kích thích, dùng mạch điều khiển tự động) pin quang điện (biến trực tiếp quang thành điện năng) IV Hiện tượng quang–Phát quang a Sự phát quang + Có số chất hấp thụ lượng dạng đó, có khả phát xạ điện từ miền ánh sáng nhìn thấy Các tượng gọi phát quang + Mỗi chất phát quang có quang phổ đặc trưng cho b.Huỳnh quang lân quang- So sánh tượng huỳnh quang lân quang: So sánh Vật liệu phát quang Thời gian phát quang Đặc điểm - Ứng dụng Hiện tượng huỳnh quang Chất khí chất lỏng Rất ngắn, tắt nhanh sau tắt as kích thích As huỳnh quang ln có bước sóng dài as kích thích (năng lượng bé tần số nhỏ hơn) Dùng đèn ống Hiện tượng lân quang Chất rắn Kéo dài khoảng thời gian sau tắt as kích thích (vài phần ngàn giây đến vài giờ, tùy chất) Biển báo giao thông, c Định luật Xtốc phát quang( Đặc điểm ánh sáng huỳnh quang ) Ánh sáng phát quang có bước sóng hq dài bước sóng ánh sáng kích thích kt : hf hq < hfkt => hq > kt d.Ứng dụng tượng phát quang: Sử dụng đèn ống để thắp sáng, hình dao động kí điện tử, tivi, máy tính Sử dụng sơn phát quang quét biển báo giao thông V Mẫu nguyên tử Bo a Mẫu nguyên tử Bo +Tiên đề trạng thái dừng -Nguyên tử tồn số trạng thái có lượng xác định En, gọi trạng thái dừng Khi trạng thái dừng, nguyên tử không xạ -Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân quỹ đạo có bán kính hồn tồn xác định gọi quỹ đạo dừng -Cơng thức tính quỹ đạo dừng electron nguyên tử hyđrô: rn = n2r0 , với n số nguyên r0 = 5,3.10-11 m, gọi bán kính Bo (lúc e quỹ đạo K) Trạng thái dừng n Tên quỹ đạo dừng K L M N O P Bán kính: rn = n2r0 r0 4r0 9r0 16r0 25r0 36r0 13,6 13,6 13,6 - - 2 13, (eV ) Với n N* Năng lượng electron nguyên tử hiđrô: En = n Năng lượng e Hidro: En = - 13,6 (eV ) n2 - 13,6 12 - GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com - 13,6 52 - 13,6 62 Trang -Bình thường, nguyên tử trạng thái dừng có lượng thấp gọi trạng thái Khi hấp thụ lượng nguyên tử chuyển lên trạng thái dừng có lượng cao hơn, gọi trạng thái kích thích Thời gian nguyên tử trạng thái kích thích ngắn (cỡ 10-8 s) Sau nguyên tử chuyển trạng thái dừng có lượng thấp cuối trạng thái + Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử -Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lượng En sang trạng thái dừng có lượng Em nhỏ ngun tử phát phơtơn có lượng: = hfnm = En – Em -Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng Em mà hấp thụ phơtơn có lượng hf hiệu En – Em chuyển sang trạng thái dừng có lượng En lớn -Sự chuyển từ trạng thái dừng Em sang trạng thái dừng En ứng với nhảy electron từ quỹ đạo dừng có bán kính rm sang quỹ đạo dừng có bán kính rn ngược lại E n hấp thụ b Quang phổ phát xạ hấp thụ nguyên tử hidrơ -Ngun tử hiđrơ có trạng thái dừng khác EK, EL, EM, hfmn Khi electron chuyển động quỹ đạo dừng K, L, M, Em -Khi electron chuyển từ mức lượng cao (Ecao) xuống mức lượng thấp (Ethấp) phát phơtơn có lượng xác định: hf = Ecao – Ethấp -Mỗi phơtơn có tần số f ứng với sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng = xạ hfnm c , tức vạch quang phổ có f 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 chùm ánh sáng trắng, có tất phơtơn có lượng từ lớn đến nhỏ khác nhau, ngun tử hấp thụ phơtơn có lượng phù hợp = Ecao – Ethấp để chuyển lên mức lượng Ecao Như vậy, sóng ánh sáng đơn sắc bị hấp thụ, làm cho quang phổ liên tục xuất vạch tối Do quang phổ hấp thụ ngun tử hiđrơ quang phổ vạch VI Sơ lược laze Laze nguồn sáng phát chùm sáng cường độ lớn dựa việc ứng dụng tượng phát xạ cảm ứng a Đặc điểm laze + Laze có tính đơn sắc cao + Tia laze chùm sáng kết hợp (các phơtơn chùm có tần số pha) + Tia laze chùm sáng song song (có tính định hướng cao) + Tia laze có cường độ lớn Ví dụ: laze rubi (hồng ngọc) có cường độ tới 106 W/cm2 b Một số ứng dụng laze + Tia laze dùng dao mổ phẩu thuật mắt, để chữa số bệnh da (nhờ tác dụng nhiệt), + Tia laze dùng truyền thông thông tin cáp quang, vô tuyến định vị, điều khiển tàu vũ trụ, + Tia laze dùng đầu đọc đĩa CD, bút bảng, đồ, thí nghiệm quang học trường phổ thông, + Tia laze dùng đo đạc , ngắm đưởng thẳng + Ngoài tia laze cịn dùng để khoan, cắt, tơi, xác vật liệu cơng nghiệp B CÁC DẠNG BÀI TẬP I HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN: Các công thức: +Năng lượng phôtôn ánh sáng: = hf Trong chân không: = +Công thức Anhxtanh: hf = hc hc hc = A + mv 02 max = + Wdmax; 0 h.c hc ; Cơng e khỏi kim loại : A 0 A v0Max vận tốc ban đầu electron quang điện thoát khỏi catốt f, tần số, bước sóng ánh sáng kích thích mv02Max eU = + Để dịng quang điện triệt tiêu UAK Uh (Uh < 0): Uh gọi hiệu điện hãm h Lưu ý: Trong số toán người ta lấy Uh > độ lớn + Xét vật 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 +Giới hạn quang điện : 0 = GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang + Với U hiệu điện anot catot, vA vận tốc cực đại electron đập vào anốt, vK = v0Max 1 e U = mv A2 - mv K2 vận tốc ban đầu cực đại electron rời catốt thì: 2 pt ptλ Nλ = = +Số hạt photôn đập vào: ε hc +Công suất nguồn sáng: P n n số photon phát giây lượng tử 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 / eU h / me v02 +Hiệu điện hãm: ne I hc H +Hiệu suất lượng tử: Hay : H = bh n pλ e ne số electron khỏi catot kim loại giây n số photon đập vào catot giây Các HẰNG 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 ngun 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 +Các số cài sẵn máy tinh cầm tay Fx570MS; Fx570ES; 570ES Plus lệnh: [CONST] Number [0 40] ( xem mã lệnh nắp máy tính cầm tay ) Lưu ý : Khi tính tốn dùng máy tính cầm tay, tùy theo u cầu đề nhập trực tiếp số từ đề cho, muốn kết xác nên nhập số thơng qua mã lệnh CONST [0 40] cài đặt sẵn máy tinh! (Xem thêm bảng HẰNG SỐ VẬT LÍ đây) Bảng Các số vật lí : Hằng số vật lí Mã số Cách nhập máy : 570MS bấm: CONST Giá trị hiển thị 0 40 = 570ES bấm: SHIFT 0 40 = Khối lượng prôton (mp) 01 Const [01] = 1,67262158.10-27 (kg) Khối lượng nơtron (mn) 02 Const [02] = 1,67492716.10-27 (kg) Khối lượng êlectron (me) 03 Const [03] = 9,10938188.10-31 (kg) Bán kính Bo (a0 ) 05 Const [05] = 5,291772083.10-11 (m) Hằng số Plăng (h) 06 Const [06] = 6,62606876.10-34 (Js) Khối lượng 1u (u) 17 Const [17] = 1,66053873.10-27 (kg) Điện tích êlectron (e) 23 Const [23] = 1,602176462.10-19 (C) Số Avôgađrô (NA) 24 Const [24] = 6,02214199.1023 (mol-1) Hằng số Bơnzơman (k) 25 Const [25] = 1,3806503.10-23 (SI) Thể tích mol khí điều kiện tiêu chuẩn (Vm) 26 Const [26] = 0,022413996 (m3) Hằng số khí lí tưởng (R) 27 Const [27] = 8,314472 (J/mol.K) Tốc độ ánh sáng chân không (C0) hay c 28 Const [28] = 299792458 (m/s) Gia tốc trọng trường mặt đất (g) 35 Const [35] = 9,80665 (m/s2 ) GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang Hằng số Rydberg RH (R) 16 Const [16] = 1,097373157.10 (m-1) Hằng số hấp dẫn (G) 39 Const [39] = 6,673.10-11 (Nm2/kg2) -Ví dụ1: Máy 570ES: Các hàng số Hằng số Plăng (h) Tốc độ ánh sáng chân không (C0) hay c Điện tích êlectron (e) Khối lượng êlectron (me) Hằng số Rydberg RH (R) Thao tác bấm máy Fx 570ES SHIFT CONST 06 = SHIFT CONST 28 = Kết hiển thị hình 6.62606876 10 -34 J.s 299792458 m/s Ghi 1.602176462 10-19 C SHIFT CONST 23 = 9.10938188 10 -31 Kg SHIFT CONST 03 = 1,097373157.10 (m-1) SHIFT CONST 16 = b Đổi đơn vị ( không cần thiết lắm):Với mã lệnh ta tra bảng in nắp máy tính - Máy 570ES bấm Shift Conv [mã số] = -Ví dụ 2: Từ 36 km/h sang ? m/s , bấm: 36 Shift [Conv] 19 = Màn hình hiển thị : 10m/s Máy 570MS bấm Shift Const Conv [mã số] = Các dạng tập: Cho eV = 1,6.10-19 J ; h = 6,625.10-34 Js ; c = 3.10 m/s; me = 9,1.10-31 kg Dạng 1: Tính giới hạn quang điện, cơng vận tốc cực đại ban đầu e quang điện bật khỏi Katot h.c hc ; Cơng A ; A: J eV; 1eV =1,6.10 -19 J 0 A hc -Phương trình Anhxtanh:hf = = A + mv 20 max a.PPG: -Giới hạn quang điện: 0 = -Động cực đại: 2hc 1 1 hc hc ( ) Wd max hc( ) mv0 => v0 me 0 0 0 34 19 -Các số : h 6,625.10 ; c 3.10 m / s ; e 1,6.10 C ; me 9,1.10 31 kg b.Các Ví dụ : Ví dụ 1: Giới hạn quang điện kẽm o = 0,35m Tính cơng êlectron khỏi kẽm? hc hc 6, 625.1034.3.108 HD giải: Từ công thức: A =5,67857.10-19 J =3,549eV A 0 0,35.10 Bấm máy tính: phân số SHIFT 06 h X SHIFT 28 Co 0,35 X10x -6 = 5.6755584x10-19J Đổi sang eV: Chia tiếp cho e: Bấm chia SHIFT 23 = Hiển thị: 3,5424 eV Nhận xét: Hai kết khác thao tác cách nhập hắng số !!! Ví dụ 2: (TN-2008): Giới hạn quang điện đồng (Cu) λ0 = 0,30 µm Biết số h = 6,625.10-34 J.s vận tốc truyền ánh sáng chân không c = 3.108 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 6 0 0,3.10 Ví dụ 3: Gới hạn quang điện Ge o = 1,88m Tính lượng kích họat (năng lượng cần thiết để giải phóng êlectron liên kết thành êlectron dẫn) Ge? hc hc 6, 625.1034.3.108 HD giải:Từ công thức: A =1,057.10-19 J = 0,66eV A 0 1,88.10 Ví dụ 4: Một kim loại có cơng 2,5eV Tính giới hạn quang điện kim loại : A 0,4969 m B 0,649 m C 0,325 m D 0,229 m HD Giải: Cơng thốt: A GV: Địan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang hc 6.625.1034.3.108 HD Giải: Giới hạn quang điện =4,96875.10-7 m = 0,4969m Đáp án A 19 A 2.5.1, 6.10 Ví dụ 5: Giới hạn quang điện KL dùng làm Kotot 0,66m 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 0,5m hc hc HD giải: A =1,875eV=3.10 -19 J A 0 Wd max hc( 2hc 1 1 ( ) ) = 9,63.10-20 J => v0 me 0 0 2.6,625.1034.3.108 1 v0 ( ) = 460204,5326 = 4,6.105 m/s 31 6 9,1.10 10 0,5 0,66 Thế số: Ví dụ 6: 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 -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/0 = A/h = 3,5.1,6.10-19/6,625.10-34 = 0,845.10 15 Hz Giới hạn quang điện o = hc/A = 6,625.10 -34.3.108/3,5.1,6.10-19= 3,55.10-7m =0,355 m b Vì = 250 nm =0,250m < o = 0,355 m nên xảy tượng quang điện -Để dòng quang điện triệt tiêu cơng điện trường phải triệt tiêu động ban đầu cực đại êlectron quang mv02 mv hc 6, 625.10 34.3.108 U h ( A) ( 3,5.1, 6.1019 ) => Uh = - 1,47 V 2.e e 1, 6.10 19 25.10 8 mv02 -Động ban đầu cực đại / eUh / 1, 47eV = 1,47.1,6.10-19 = 2,35.10-19J = 0,235.10-18J 2 mv 1 1 6,625 10 34.3 10 Hay : Wđ = hc = 0,235.10-18J 8 8 35,5.10 25 10 0 eU h -Vận tốc êlectron v 2Wđ m 2.0,235.10 18 7,19.10 m/s 31 9,1.10 DẠNG 2: Tìm động cực đại electron xảy hiên tượng quang điện: mv02Max mvm2 ax hc với Eđ = từ suy Eđ Lưu ý: 1eV=1,6.10-19J = A+ l 2 Ví dụ 1: Catốt tế bào quang điện làm vơnfram, biết cơng electron với vơnfram 7,2.1019 J Chiếu vào catốt ánh sáng có bước sóng 0,18 m Động cực đại êlectrôn khỏi catôt bao nhiêu? mv02Max mvm2 ax hc HD Giải: Công thức e = hf = với Eđ = Từ ta suy Eđmax = A+ l 2 Mở rộng: tốn tương tự tìm Vmax ta tìm Eđmax HD Giải : Công thức: e = hf = DẠNG 3: Tìm vận tốc cực đại electron đập vào catot HD Giải : Vận dụng công thức: Eđ = A = |e|UAK lượng điện trường cung cấp: mv2 /e / UAK = Ed = Từ suy v Ví dụ 1: Hiệu điện Anot catot ống Culitzơ 20kV Cho e=1,6.10-19C, h=6,625.10-34Js, c=3.10 8m/s Bỏ qua động ban đầu electron Tính vận tốc electron đập vào catot? GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang HD Giải: Vận dụng công thức Eđ=A=|e| UAK |e|UAK=Eđ=mv2/2 ta có v=8,4.10 7m/s DẠNG 4: Tìm hiệu điện hãm để khơng electron anot (hay dòng quang điện triệt tiêu) HD Giải : - Hiện tượng electron không anot điện trường sinh công cản cản trở chúng - Muốn thì: Cơng cản điện trường có giá trị bé động ban đầu cực đại electron mv02Max mv02 quang điện Ta có: eU h = suy ra: Uh= 2|e| -Lưu ý: Khi chọn kết Uh U h - Định lý động năng: eUh hc 1 ( ) e 0 Ví dụ 1: Ta chiếu ánh sáng có bước sóng0,42 m vào K tbqđ Cơng KL làm K 2eV Để triệt tiêu dịng quang điện phải trì hiệu điện hãmUAK bao nhiêu? HD Giải: U h hc 1 ( ) Tính Uh= - 0,95V e 0 Ví dụ 2: Chiếu chùm xạ điện từ có tần số f = 5,76.1014 Hz vào miếng kim loại quang electron có vận tốc ban đầu cực đại v = 0,4.10 m/s Tính cơng electron bước sóng giới hạn quang điện kim loại hc HD Giải : A = hf - mv02 = 3,088.10 -19 J; 0 = = 0,64.10-6 m A Ví dụ 3: Cơng electron khỏi kim loại natri 2,48 eV Một tế bào quang điện có catôt làm natri, chiếu sáng chùm xạ có = 0,36 m cho dịng quang điện có cường độ bảo hịa 3A Tính vận tốc ban đầu cực đại electron quang điện số electron bứt khỏi catôt giây 2Wd hc I HD Giải: Wd0 = - A = 1,55.10-19 J; v0 = = 0,58.106 m/s; ne = bh = 1,875.1013 m e Ví dụ 4: Chiếu xạ có bước sóng = 0,438 m vào catôt tế bào quang điện Biết kim loại làm catơt tế bào quang điện có giới hạn quang điện 0 = 0,62 m 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 0 e Ví dụ 5: Chiếu xạ điện từ có bước sóng vào catơt tế bào quang điện Biết cơng electron kim loại làm catôt 3eV electron bắn với vận tốc ban đầu cực đại 7.105 m/s Xác định bước sóng xạ điện từ cho biết xạ điện từ thuộc vùng thang sóng điện từ hc HD Giải : = = 0,28259.10 -6 m; xạ thuộc vùng tử ngoại A mv0 Ví dụ 6: Chiếu xạ có bước sóng 0,405m vào kim loại quang electron có vận tốc ban đầu cực đại v1 Thay xạ khác có tần số 16.1014 Hz vận tốc ban đầu cực đại quang electron v2 = 2v1 Tìm cơng electron kim loại GV: Địan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang c 1 = 7,4.1014 Hz; mv12 = hf1 – A; mv22 = mv12 = hf2 – A 1 2 hf A 4hf1 hf 4= A= = 3.10-19 J hf1 A Ví dụ 7: Chiếu xạ có bước sóng = 0,4 m vào catôt tế bào quang điện Biết công electron kim loại làm catơt A = eV, điện áp anôt catôt UAK = V Tính động cực đại quang electron tới anôt hc HD Giải : Wđ0 = - A = 8,17.10 -19 J; Wđmax = Wđ0 + |e|UAK = 16,17.10 -19 J = 10,1 eV Ví dụ 8: Catot tế bào quang điện làm đồng, cơng khỏi đồng 4,47eV Cho biết: h = 6,625.10-34 (J.s) ; c = 3.108 (m/s) ; e = 1,6.10-19 (C) a Tính giới hạn quang điện đồng b Chiếu đồng thời xạ điện từ có bước sóng λ1 = 0,210 (µm) λ2 = 0,320 (µm) vào catot tế bào quang điện trên, phải đặt hiệu hãm để triệt tiêu hồn tồn dịng quang điện HD Giải : hc 6,625.10 34.3.10 a Tính λ0 Giới hạn quang điện đồng: λ0 = 0,278( µm) A 4,47.1,6.10 19 b Tính Uh: λ1 < λ0 < λ2 có λ1 gây tượng quang điện W hc Điều kiện để dòng quang điện triệt tiêu: e U AK eU h Wđ max U h đ max A 1,446(V ) e e Ví dụ 9: Tính lượng, động lượng khối lượng photôn ứng với xạ điện từ sau đây: a Bức xạ đỏ có λ = 0,76 µm b Sóng vơ tuyến có λ = 500 m c Tia phóng xạ γ có f = 4.10 17 KHz Cho biết c = 3.108 m/s ; h = 6,625.10 -34 J.s HD Giải : a Bức xạ đỏ có λ = 0,76 µm 6,625.10 34.3.108 - Năng lượng: ε = hf = 26,15.10 20 ( J ) 0,76.10 6 - Động lượng: ρ = 8,72.10 28 (kg m / s ) - Khối lượng: m = = 2,9.10-36 (kg) c c b Sóng vơ tuyến có λ = 500 m Tương tự, ta có: - Năng lượng: ε = hf = 3,975.10 28 ( J ) - Động lượng: ρ = 1,325.10 36 (kg.m / s ) - Khối lượng: m = = 4,42.10-45 (kg) c c c Tương tự:- Năng lượng: ε = hf = 26,5.10-14 (J) - Động lượng: ρ = 8,8.10 22 (kg m / s ) - Khối lượng: m = = 0,94.10 -31 (kg) c c HD Giải: f1 = Dạng 6: Cho UAK> tính vận tốc e đập vào Anot PPG: Gọi v vận tốc e đập vào Anot Áp dụng định lí động năng: 1 2 1 m v m v 02 eU AK => mv mv0 eU AK => mv A eU AK 2 2 1 mv hc ( ) eU AK => v 0 Dạng 7: Cho công suất nguồn xạ Tính số Phơton đập vào Katot sau thời gian t PPG: Năng lượng chùm photon rọi vào Katot sau khoảng thời gian t: W = P.t -Số photon đập vào Katot khoảng thời gian t: N W P. t h.c -Công suất nguồn : P = nλ.ε (nλ số photon tương ứng với xạ λ phát giây) -Cường độ dịng điện bão hồ : Ibh = ne.e (ne số electron quang điện từ catot đến anot giây) GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang -Hiệu suất quang điện : H = ne n Ví dụ 1: Một đèn phát ánh sáng đơn sắc có =0,6m phát photon 10s công suất đèn P = 10W.Giải: N W P. t 10.0, 6.10 6.10 3, 0189.10 20 = 3,02 10 20 photon h.c 6.625.10 34.3.108 Ví dụ 2: Nguồn Laser mạnh phát xung xạ có lượng W 3000 J Bức xạ phát có bước sóng 480 nm Tính số photon xạ đó? HD Giải : Gọi số photon xung N.( lượng photon) Năng lượng xung Laser: W N N W W 3000.480.109 7, 25.1021 photon h.c 6,625.1034.3.108 DẠNG 8: Tìm số electron bay khỏi anot, số photon đập vào anot thời gian t Tìm hiệu suất quang điện PPG: Hiệu suất lượng tử tế bào quang điện đại lượng tính tỉ số số e quang điện bật khỏi Katot với số photon đập vào Katot I b h t ne I h c e H= => H bh Pt n e P hc HD Giải : -Tìm số electron bay khỏi catot số electron tạo dịng quang điện ta vận dụng cơng thức: I=q/t=ne|e|/t từ suy ne -Tìm số photon đập vào anot: Ta tìm lượng chùm photon lấy lượng chùm photon chia cho lượng photon ta có số photon cần tìm Với tốn đề thường cho cơng suất xạ P nên ta có: np=Ap/ =P.t/hf - Muốn tìm suất quang điện ta dùng cơng thức: H=ne/np Ví dụ 1: : Chiếu chùm xạ vào tế bào quang điện có catot làm Na cường độ dòng quang điện bão hòa A Số electron bị bứt ra khỏi catot hai phút bao nhiêu? HD Giải: Áp dụng công thức I=q/t=ne|e|/t ta suy ne=I.t/|e| Lưu ý đổi đơn vị I ampe Ví dụ 2: Chiếu vào catốt ánh sáng có bước sóng 0,546µm, dịng quang điện bảo hồ có giá trị 2mA Công suất xạ 1,515W Hiệu suất lượng tử ? HD Giải : Áp dụng cơng thức : I=q/t=ne|e|/t ta tìm ne; cơng thức np=Ap/ =P.t/hf ta tìm np cơng thức H=ne/np để tìm H Lưu ý:H tính % Ví dụ 3: 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 Công suất xạ đập vào Katot P=1,5W tính hiệu suất tế bào quang điện HD Giải: H I bh h.c 0,32.6, 625.1034.3.108 100% 53% e.P. 1,6.1019.1,5.0,5.106 Ví dụ 4: Cơng êlectron Natri 2,48 (eV) Catot tế bào quang điện làm Natri chiếu sáng xạ có bước sóng λ = 0,36 (µm) có dịng 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 a) Tính λ0 Giới hạn quang điện : λ0 = 0,5( µm) A mv hc b) Tính v0 Phương trình Anh-xtanh: = A max Suy ra: v max hc A 5,84.10 m / s me GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 10 I bh P P = nλ.ε suy nλ = e n I hc H e P bh 0,29 (W) n He c) Tính P Ta có Ibh = ne.e suy ne = Ví dụ 5: Chất lỏng fluorexein hấp thụ ánh sáng kích thích có bước sóng λ = 0,48µm phát ánh có bước sóng λ’ = 0,64µm Biết hiệu suất phát quang 90% (hiệu suất phát quang tỉ số lượng ánh sáng phát quang lượng ánh sáng kích thích đơn vị thời gian), số phôtôn ánh sáng kích thích chiếu đến 1s 2012.10 10 hạt Số phôtôn chùm sáng phát quang phát 1s A 2,6827.1012 B 2,4144.1013 C 1,3581.10 13 D 2,9807.10 11 hc HD Giải: Công suất ánh sáng kích thích: P = N N số phơtơn ánh sáng kích thích phát 1s hc Công suất ánh sáng phát quang: P’ = N’ ' N’ số phôtôn ánh sáng phát quang phát 1s P' N ' Hiệu suất phát quang: H = P N ' 0,64 ' => N’ = NH = 2012.1010 0,9 = 2,4144.1013 Chọn B 0,48 Dạng 9: Cho cường độ dịng quang điện bão hồ Tính số e quang điện bật khỏi Katot sau khoảng thời gian t I t I q bh bh PPG: Điện lượng chuyển từ K A : q= Ibh.t = ne.e.t => n e e t e t e Gọi ne số e quang điện bật Kaot ( ne n ); Gọi n số e quang đến Anốt ( n ne , Khi I = Ibh Thì n = ne ) Lưu ý: Nếu đề không cho rõ % e quang điện bật Anot lúc ta cho n= ne = n Ví dụ 1: Cho cường độ dòng quang điện bão bào 0,32mA Tính số e tách khỏi Katot tế bào quang điện thời gian 20s biết 80% số e tách Anot HD Giải: H = ne I bh ne = 0,8 => n = Hay: n Và N = n.t n H e H 0, 2.1 3.20 01 h at Thế số: N 19 1, 0, Ví dụ 2: Một tế bào quang điện có catơt làm Asen có cơng electron 5,15 eV Chiếu chùm sáng đơn sắc có bước sóng 0,20 m vào catơt tế bào quang điện thấy cường độ dịng quang điện bảo hịa 4,5 A Biết cơng suất chùm xạ mW Xác định vận tốc cực đại electron vừa bị bật khỏi catôt hiệu suất lượng tử 2Wd hc HD Giải Ta có: Wd0 = - A = 1,7.10-19 J; v0 = = 0,6.106 m/s m I bh P P n ne = = 2,8.10 13; n = = 3.10 15 H = e = 9,3.10 -3 = 0,93% hc hc e n Ví dụ 3: Nguồn sáng thứ có cơng suất P1 phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 1 450nm Nguồn sáng thứ hai có cơng suất P2 phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 2 0, 60 m Trong khoảng GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 11 thời gian, tỉ số số photon mà nguồn thứ phát so với số photon mà nguồn thứ hai phát 3:1 Tỉ số P1 P2 là: A B 9/4 C 4/3 D N hc N hc P1 N 2 0,6 Giải: P1 = P2 = => = =3 = Chọn đáp án A 0,45 t 1 t 2 P2 N 1 Dạng 10: Ứng dụng tượng quang điện để tính số h, e, A Áp dụng công thức: c mv - Phương trình Anh-xtanh : ε = A max - Hiệu điện hãm : e U AK eU h mv02max Ví dụ 1: Khi chiếu chùm sáng vào kim loại có tượng quang điện xảy Nếu dùng hiệu điện hãm (V) êlectron quang điện bị giữ lại khơng bay sang anot Cho biết giới hạn quang điện kim loại : λ0 = 0,5 (µm) ; h = 6,625.10-34 (J.s) ; c = 3.108 (m/s) ; -e = -1,6.10-19 (C) Tính tần số chùm ánh sáng tới kim loại HD Giải :Các êlectron quang điện bị giữ lại hồn tồn khơng qua anot nên : e U AK eU h mv02max 2 Phương trình Anh-xtanh : hf = A + mv0 max eU h hc c Hay hf = eUh + A = eUh + ; Suy ra: f = 0 h 0 - Năng lượng phôtôn : ε = hf = h 1,6.10 19.3 3.10 13,245.1014 ( Hz ) 6,625.10 34 0,5.10 Ví dụ 2: Chiếu xạ có bước sóng 0,35 (µm) vào kim loại, êlectron kim quang điện bắn bị giữ lại hiệu điện hãm Khi thay chùm xạ có bước sóng giảm 0,05 (µm) hiệu điện hãm tăng 0,59 (V) Tính điện tích êlectron quang điện Cho biết : h = 6,625.10-34 (J.s) ; c = 3.10 (m/s) Thay số, ta : f mv hc = A max = A + eUh hc A eU h Theo điều kiện toán: hc A e(U U ) h HD Giải :Ta có ( Phương trình Anh-xtanh) hc 1 19 1,604.10 (C ) U Ví dụ 3: Lần lượt chiếu hai xạ có bước sóng λ1 = 0,405 (µm), λ2 = 0,436 (µm) vào bề mặt kim loại đo hiệu điện hãm tương ứng Uh1 = 1,15 (V); Uh2 = 0,93 (V) Cho biết: h = 6,625.10-34 (J.s) ; c = 3.10 (m/s) ; e = 1,6.10 -19 (C) Tính cơng kim loại HD Giải : mv hc Ta có: = A max = A + eUh ( Phương trình Anh-xtanh) hc A eU h 1 1 Theo điều kiện toán: Suy : A hc eUh1 U h2 1,92(eV) 1 2 hc A e(U U ) h Ví dụ 4: Kim loại làm catot tế bào quang điện có giới hạn quang điện 0,32 (µm) Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,25 (µm) vào catot tế bào quang điện Với U = 0,59 (V) = 0,05 (µm) Suy ra: e GV: Địan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 12 Cho biết : h = 6,625.10 -34 (J.s) ; c = 3.108 (m/s) ; me = 9,1.10 -31 (kg) ; -e = -1,6.10-19 (C) a) Tính vận tốc ban đầu cực đại electron quang điện b) Biết electron thoát bị hút anot, cường độ dòng quang điện bão hồ 0,7 mA Tính số electron khỏi catot giây mv hc HD Giải: Ta có: e U AK mv02max Phương trình Anh-xtanh : = A max = A + eUh hc A eU h1 e(U h U h1 ) Theo điều kiện tốn, ta có: h 6,433.10 34 J s 1 hc A eU c h2 2 2 1 Ví dụ 5: Chiếu xạ có bước sóng vào catot tế bào quang điện.dòng quang điện bị triệt tiêu UAk - 4,1V UAK =5V vận tốc cực đại electron đập vào anot là: A 1,789.106m/s B 1,789.105m/s C 1,789.105 km/s B 1,789.104 km/s mv mv02 Giải: Theo định lý động ta có Wđ = eU AK 2 mv02 mv mv02 eU h => eU AK e (U h U AK ) 2 2 2.1,6.10 19 (5 4,1) => v = e (U AK U h ) 1,789.10 (m/s) Chọn A 31 m 9,1.10 Dạng 11: Chiếu ánh sáng kích thích có bước sóng thích hợp vào bề mặt KL (hay cầu) cô lập điện Tính hiệu điện cực đại mà KL đạt PPG: 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 AC < 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 cịn bật Ta có: eVM ax hc hc mev0max => eVM ax A 0 Vậy VM ax hc 1 ( ) e 0 Ví dụ 1: Một cầu đồng (Cu) 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 HD Giải: VM ax hc 1 6, 625.1034.3.108 1 ( ) ( ) 4, 73V 19 6 e 0 1,6.10 0,14.10 0,3.106 Ví dụ 2: Cơng thoát electron khỏi đồng 4,57 eV Chiếu xạ có bước sóng = 0,14 m 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 W HD Giải: 0 = = 0,27.10-6 m; Wd0 = - A = 6,88.10 -19 J; Vmax = d = 4,3 V 19 A 4,57.1,6.10 e Ví dụ 3: 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 hc c HD Giải : Wd0max = eVmax = eV; = = 0,274.10 - m; f = = 1,1.1014 Hz A Wd0max Ví dụ 4: Hiệu điện hãm tế bào quang điện 1,5 V Đặt vào hai đầu anot (A) catot (K) tế bào quang điện điện áp xoay chiều: u AK = cos ( 100t ) (V) Khoảng thời gian dòng điện chạy tế bào phút là: A 60s B 70s C 80s D 90s Giải: Dòng điện chạy qua tế bào uAK -1,5 V Căn vòng tròn lượng giác GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com -1,5V Trang 13 2T = 0,04/3 (s) Trong phút, (số chu kì 120:0,02 = 6000) thời gian chạy qua là: t = 2.120/3 = 80 s Chọn đáp án C Ví dụ 5: Chiếu xạ đơn sắc có bước sóng theo tỉ lệ 1 : : 3 : : 1,5 vào catôt tế bao quang điện nhận electron quang điện có vận tốc ban đầu cực đại tương ứng có tỉ lệ v1 : v2 : v3 : : k , với k bằng: suy chu kỳ T = 0,02 s thời gian chạy qua tế bào A B / 3 C D / 2 hc mv A (1) mv hc HD : A (2) 2 hc mv A k (3) 1, 5. (1) (2) (3) (2) hc mv 3 2 3 k k 1 hc mv k 1 6 2 4.Bài tập tổng hợp có hướng dẫn: Bài : Khi chiếu xạ có bước sóng 0,4 m 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) HD Giải :a mv02max | eU h | v0 b Cơng thốt: A 2eU h m 2.1,6.10 19.1,25 = 0,663.106 m/s 9,1.10 31 hc 6,625.1034.3.108 mv0max 9,1.1031 0,663.106 0, 4.106 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 động ban đầu cực đại e quang điện 3,6.10-19J Tính c Chiếu vào vơnfram xạ có bước sóng ’ Muốn triệt tiêu dịng quang điện phải cần hiệu điện hãm 1,5V Tính ’? HD Giải : hc 6,625.10 34.3.10 0,276 m A 4,5.1,6.10 19 hc hc 6, 625.10 34.3.108 b A Wđ 0,184 m A Wđ 4,5.1, 6.1019 3, 6.10 19 a c hc hc 6,625.10 34.3.108 A eU h ' 0, 207 m ' A eU h 4, 5.1, 6.1019 1,5 1, 6.1019 Bài : Công tối thiểu để êlectron khỏi bề mặt kim loại tế bào quang điện 1,88eV Khi chiếu xạ có bước sóng 0,489 m dịng quang điện bão hịa đo 0,26mA a Tính số êlectron tách khỏi catốt phút b Tính hiệu điện hãm để triệt tiêu hồn tồn dịng 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 ; 19 1,6.10 Số êlectron tách khỏi K phút: N=60n = 975.1014 mv02 hc 6,625.10 34.3.108 b eU h A 1,88eV 2,54 1,88 0,66eV Hiệu điện hãm Uh = – 0,66V 0,489.10 6.1,6.10 19 Bài : Catốt tế bào quang điện xêdi (Cs) có giới hạn quang điện 0=0,66m Chiếu vào catốt xạ tử ngoại có bước sóng =0,33 m Hiệu điện hãm UAK cần đặt anôt catôt để triệt tiêu dòng quang điện bao nhiêu? HD Giải : GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 14 -Để triệt tiêu dịng quang điện, cơng lực điện trường phải triệt tiêu động ban đầu cực đại quang êlectron (khơng có êlectron đến anơt) eU AK mv02max hc hc hc hc 6,625.10 34.3.108 U AK 1,88 V 0 0 e0 0, 66.106 1, 6.1019 -Như để triệt tiêu hồn tồn dịng quang điện thì: UAK –1,88V Bài : Khi chiếu hai xạ có bước sóng 0,25 m 0,3 m vào kim loại vận tốc ban đầu cực đại êlectron quang điện 7,31.105 m/s 4,93.105 m/s a Tính khối lượng êlectron b Tính giới hạn quang điện kim loại mv 201max hc mv 02 v2 v2 hc max A ; A hc m ( 01 max 02 max ) 1 2 2 1 1 2hc 2.6,625.10 34.3.10 1 m 10 10 6 6 v01max v02 max 1 2 53,4361.10 24,3049.10 0,25.10 0,3.10 HD Giải :a m= 1,3645.10-36.0,667.106= 9,1.10-31 kg b Giới hạn quang điện: hc hc mv2 6,625.1034.3.108 9,1.1031 7,31.105 mv2 A 01max A 01max 5,52.1019 J 1 1 2 0,25.106 0 hc 6,625.10 34.3.10 3,6.10 7 m 0,36 m 19 A 5,52.10 Bài 6: a Khi chất bị kích thích phát ánh sáng đơn sắc màu tím có bước sóng 0,4 m 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: hc 6,625.10 34.3.108 4,97.10 19 J 6 0,4.10 b Năng lượng photon tương ứng: hc 6, 625.1034.3.108 12,1 eV .1, 6.1019 0,1026.10 6.1, 6.1019 Tần số ánh sáng không thay đổi truyền qua môi trường khác nên lượng khơng thay đổi truyền từ khơng khí vào nước Bài 7: Cơng thoát êlectron kim loại 7,64.10-19J Chiếu vào bề mặt kim loại xạ có bước sóng = 0,18 µ m, 2 = 0,21 µ m = 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 c Tính độ lớn điện áp để triệt tiêu dòng quang điện HD Giải : a Giới hạn quang điện : 0 hc 6, 625.10 34.3.108 0, 26 m A 7, 64.1019 Ta có : 1, < 0 ; hai xạ gây tượng quang điện cho kim loại b 1, 2 gây tượng quang điện, tính tốn cho xạ có lượng photon lớn (bức xạ 1 ) Theo công thức Einstein : Mặt khác : W0 đ max hc hc 6,625.10 34.3.108 A W0 đ max W0 đ max A 7,64.10 19 3,4.10 19 J 1 1 0,18.10 6 mv0 max v0 max 2.W0 đ max m 2.3,4.10 19 864650 m / s 8,65.10 m / s 9,1.10 31 c Độ lớn điện áp để triệt tiêu dòng quang điện : W0 đ max e U h U h W0 đ max 3,4.10 19 2,125V e 1,6.10 19 GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 15 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 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 : a Theo ra: Weđ hc hc 2hc 2.6,625.10 34.3.10 me v v 9,17.10 m / s me 9,1.10 31.5200.10 10 b Năng lượng photon: E m ph c Khối lượng electron khối lượng nghỉ electron m ph me nên: E me c 9,1.1031 3.108 8,19.1014 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 : hc a 0 278.10 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 v0 êlectron quang bứt khỏi cầu bị điện trường kéo trở lại ( Hình 9) + + hc + + Theo công thức Einstein: A mv02max Hình Mà điện cực đại vật tính theo cơng thức: mv 02max e V max 6, 625.1034.3.108 hc 4, 47.1, 6.1019 A 6 hc 0,14.10 A e Vmax Vmax 4, 402 V e 1,6.10 19 e Vmax 2.1,6.10 19.4,4 mv0max eVmax v0 max 1,244.106 m / s m 9,1.10 31 hc ' c Tính λ' v'0 Tương tự: A eVmax mv '02 ' 2eV ' max hc Suy ra: ' 0,166(m) Và: v'0 = 1,027.10 (m / s ) A eV ' max me Lại có: Bài 10: Chiếu xạ có bước sóng = 0.6m 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 UAB = -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 18,75.10 5m/s C.16,75.105m/s 18.87.105m/s D.18,75.105m/s 19,00.105m/s hc 6.625.10 34.3.108 Giải: 0 = = 0, 69.10 6 m 0, 69 m ; 1,8.1, 6.10 19 A -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: GV: Địan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 16 1 1 mv mv02 / eU AB / => mv mv02 / eU AB / => mv A / eU AB / 2 2 2 hc 1 / eU AB / 1 ( ) mv hc ( ) / eU AB / => vmax m 0 m 0 Thế số : vmax 2.6.625.1034.3.108 1 2.1,6.1019 ( ) 10 19,00.105 m / s 9.1.1031.106 0,6 0,69 9.1.1031 -Khi vận tốc ban đầu e ta có vận tốc nhỏ electron tới B vmin : 2 2.1,6.1019 eU AB Thế số : vmin mvmin eU AB => vmin 10 18,75228.105 m / s Đáp án D 31 m 9.1.10 Bài 1: Chiếu xạ có tần số f1 vào cầu kim loại đặt lập xãy tượng quang điện với điện cực đại cầu V1 động ban đầu cực đại e quang điện nửa cơng kim loại Chiếu tiếp xạ có tần số f2 = f1 + f vào cầu điện cực đại cầu 5V1 Hỏi chiếu riêng xạ có tần số f vào cầu (đang trung hịa điện) điện cực đại cầu là: A V1 B 2,5V1 C 4V1 D 3V1 mv0 max A A 1,5 A 2 Điện cực đại: hf1 A e V1 hay eV1 A * 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 Đáp án A e Vmax A e V1 2V1 Bài 2: chiếu xạ có tần số f1 vào cầu kim laoij đặt lập xảy tượng quang điện với điện cực đại cầu V1 động ban đầu cực đại electron quang điện phần ba cơng kim loại chiếu tiếp xạ có tần số f2=f1+f vào cầu kim loại điện cực đại 7V1 hỏi chiếu riêng xạ có tần số f vào cầu kim loại (đang trung hịa 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 3: Katốt tế bào quang điện có cơng 1,5eV, chiếu xạ đơn sắc 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 là: A 0,259 m B 0,795m C 0,497m D 0,211m 2 mv mvo max Giải: Theo Định lì động năng: eUAK = (1) 2 mv' mvo2max mv mvo2max eU’AK = =4 (2) 2 2 mv mv => (2) – (1): = e(U’AK – UAK) = 12eV=> = 4eV (3) 2 mvo2max mv Thế (3) vào (1) => = - eUAK = 1eV 2 mvo2max hc hc => =A+ = 1,5eV + eV = 2,5eV => = = 0,497 m Chọn C 2,5eV GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 17 Bài 4: 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 electrôn 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 đơi 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; hc 6,625.10 34.3.10 v= ( A) = ( 2,1.1,6.10 19 ) = 0,403.106 m/s m 9,1.10 31 0,485.10 6 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 5.Trắc nghiệm: Câu Ánh sáng đỏ ánh sáng vàng có bước sóng D =0,768 m =0,589 m Năng lượng photon tương ứng hai ánh sáng A D =2,588.10-19j V =3,374.10-19 j * B D =1,986.10-19 j V =2,318.10-19j C D =2,001`.10-19j V =2,918.10-19 j D đáp số khác -34 Câu : Cho h=6,625.10 Js, c=3.10 m/s Tính lượng phơtơn có bước sóng 500nm? A 4.10-16 J B 3,9.10-17J C 2,5eV* D 24,8eV Câu 3: Một đèn phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,3975 m với cơng suất phát xạ 10 w Số phooton đèn phát giây A 3.1019 hạt B 2.1019 hạt* C 1019 hạt D 4.1019 hạt -34 Câu 4: Một kim loại có giới hạn quang điện 0,3m Biết h = 6,625.10 Js ; c = 3.108m/s Cơng êlectron khỏi kim loại A 6,625.10-19J * B 6,625.10-25 J C 6,625.10-49J D 5,9625.10-32J Câu : Giới hạn quang điện Cs 6600A0 Cho số Planck h = 6,625.10-34Js , vận tốc ánh sáng chân không c = 3.108 m/s Công thoát Cs ? A 1,88 eV * B 1,52 eV C 2,14 eV D 3,74 eV Câu : Cơng electrơn khỏi kim loại A = 1,88 eV Giới hạn quang điện kim loại : A 0,66.10-19 m B 0,33 m C 0,22 m D 0,66 m * Câu : Biết công cần thiết để bứt electrôn khỏi tế bào quang điện A = 4,14eV Giới hạn quang điện tế bào là: A = 0,3m * B 0 = 0,4m C 0 = 0,5m D = 0,6m Câu : Cơng electrơn kim loại 2,36eV Cho h = 6,625.10 -34Js ; c = 3.108m/s ;1eV = 1,6.10 -19J Giới hạn quang điện kim loại : A 0,53 m* B 8,42 10– 26m C 2,93 m D 1,24 m Câu : Trong tượng quang điện, biết cơng electrôn quang điện kim loại A = 2eV Cho h = 6,625.10-34Js , c = 3.108m/s Bước sóng giới hạn kim loại có giá trị sau ? A 0,621m * B 0,525m C 0,675m D 0,585m Câu 10 : Giới hạn quang điện natri 0,5 m Cơng kẽm lớn natri 1,4 lần Giới hạn quang điện kẽm : A 0,7 m B 0,36 m * C 0,9 m D 0,36 10 -6 m Câu 11 : Catod tế bào quang điện có cơng A = 3,5eV Cho h = 6, 625.10 34 Js ; m = 9,1.10 31 kg ; e = 1, 6.1019 C Tính giới hạn quang điện kim loại dùng làm catod A 355 m B 35,5 m C 3,55 m D 0,355 m * Câu 12 : Một xạ điện từ có bước sóng = 0,2.10-6m Tính lượng tử (năng lượng phơtơn) xạ A = 99,375.10-20J * B = 99,375.10-19J C = 9,9375.10-20J D = 9,9375.10-19J -19 -34 Câu 13 : Năng lượng phôtôn 2,8.10 J Cho số Planck h = 6,625.10 J.s ; vận tốc ánh sáng chân không c = 3.108m/s Bước sóng ánh sáng : A 0,45 m B 0,58 m C 0,66 m D 0,71 m * Câu 14 : Một kim loại làm catốt tế bào quang điện có cơng A = 3,5eV Chiếu vào catơt xạ có bước sóng sau gây tượng quang điện Cho h = 6,625.10-34Js ; c = 3.108m/s A = 3,35 m B = 0,355.10- 7m * C = 35,5 m D = 0,355 m GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 18 Câu 15 : Kim loại làm catốt tế bào quang điện có cơng A= 3,45eV Khi chiếu vào xạ điện từ có 1= 0,25 µm, 2= 0,4 µm, 3= 0,56 µm, 4= 0,2 µm xạ xảy tượng quang điện A 3, 2 B 1, 4 * C 1, 2, 4 D xạ Câu 16 : Bước sóng dài để bứt electrơn khỏi kim loại a b 3nm 4,5nm Cơng tương ứng A1 A2 : A A2 = A1 B A1 = 1,5 A2 * C A2 = 1,5 A1 D A1 = 2A2 Câu 17 Giới hạn quang điện kim loại λ0 Chiếu vào catôt tế bào quang điện hai xạ có bước sóng λ1= λ2= Gọi U1 U2 điện áp hãm tương ứng để triệt tiêu dịng quang điện A U1 = 1,5U2 B U2 = 1,5U1 C U1 = 0,5U2 * D U1 = 2U2 Câu 18 Cơng electron kim loại A0, giới hạn quang điện 0 Khi chiếu vào bề mặt kim loại chùm xạ có bước sóng = A 2A * 0 động ban đầu cực đại electron quang điện bằng: B A C 3A D A /3 Câu 19 Biết bước sóng ánh sáng kích thích nửa giới hạn quang điện 0 cơng điện tử khỏi catốt A0 động ban đầu cực đại quang điện tử phải : 1 D A0 A0 Câu 20 Chiếu xạ có bước sóng 1 0,25m; 0,5m vào catốt tế bào quang điện vận tốc ban đầu cực đại electron quang điện v1 v v1 Bước sóng giới hạn quang điện là: A 0,75m * B 0,6m C 0,375m D 0,72m Câu 21: Ánh sáng có tần số f1 chiếu tới tế bào quang điện hiệu điện hãm có độ lớn U1 Nếu chiếu tới tế bào quang điện ánh sáng có tần số f2 hiệu diện hãm có độ lớn h f -f1 h f1 +f h f1 +f h f -f1 A U1 B U1 C U1 D U1 * A A0 * B e A0 C e e e Câu 22: Công thức sau khơng dùng để tính giới hạn quang điện 0 kim loại dùng làm catốt tế bào quang điện? ( Uh độ lớn hiệu điện hãm, f tần số bước sóng ánh sáng kích thích) hc 1 A 0 = B 0 = C 0 = D 0 = f eU h eU h A mv 0max c hc f 2hc λ 2hc Câu 23: Khi chiếu xạ điện từ 0,546 m lên bề mặt kim loại dùng làm catot tế bào quang điện, thu dòng bão hịa có cường độ I = 2.10-3A Cơng suất xạ điện từ 1,515W Hiệu suất lượng tử bằng: A 0,5.102 B 0,3.102 C 0,3.10 3 D 0,5.10 3 Câu 24: Chiếu liên tục chùm tia tử ngoại có bước sóng = 147nm vào cầu đồng cô lập điện Sau thời gian định điện cực đại cầu 4V Giới hạn quang điện đồng nhận giá trị nào? (h= 6,6.10-34J.s ; c=3.108 m/s;) A 310nm B 350nm C 240nm D 280nm Câu 25: Chiếu xạ có bước sóng λ=0,533μm lên kim loại có cơng thoát A=3.10-19J êlectron quang điện cho bay vào từ trường theo hướng vng góc với đường cảm ứng từ B từ trường Biết có electron chuyển động theo quĩ đạo trịn bán kính lớn R=22,75mm Độ lớn cảm ứng từ B từ trường A 10-4 T B 4.10-5 T C 10-5 T D 2.10-4 T Câu 26: Khi chiếu xạ điện từ 0,546 m lên bề mặt kim loại dùng làm catot tế bào quang điện, thu dịng bão hịa có cường độ I = 2.10-3A Công suất xạ điện từ 1,515W Hiệu suất lượng tử bằng: A 0,5.102 B 0,3.102 C 0,3.10 3 D 0,5.10 3 Câu 27: Để đo khoảng cách từ Trái Đất lên Mặt Trăng người ta dùng tia laze phát xung ánh sáng có bước sóng 0,52 mm , chiếu phía Mặt Trăng.Thời gian kéo dài xung 10-7 (s) công suất chùm laze 100000 MW Số phôtôn chứa xung A 2,62.1022 hạt B 2,62.1015 hạt C 2,62.1029 hạt D 5,2.1020 hạt GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 19 6.Bài tập trắc nghiệm rèn luyện Bài 1: Chiếu xạ có bước sóng =0,18 m vào ca tốt tế bào quang điện.KL dùng làm ca tốt có giới hạn quang điện 0 =0,3 m.Trả lời câu hỏi sau: Câu 1:Cơng e khỏi tế bào quang điện bao nhiêu? A:4,14eV; B:66,25eV; C:6,625eV; D:41,4eV Câu 2:.Xác định hiệu điện Uh để dòng quang điện triệt tiêu A:5,52V; B:6,15V; C:2,76V; D:2,25V Câu 3:Động ban đầu cực đại e bao nhiêu? A:25,5eV; B:2,76eV; C:2,25eV; D:4,5eV Bài 2:Kim loại dùng làm ca tốt tế bào quang điện có cơng A=2,2eV.Chiếu vào ca tốt xạ điện từ có bước sóng biết Uh=0,4V.Vân tốc ban đầu cực đại e bao nhiêu? A:3,75.105m/s; B:3,5.105m/s; C:3,75.104m/s; D:3,5.104m/s Bài 3:Chiếu xạ có bước sóng =0,552 m vào ca tốt tế bào quang điện dịng quang điện bảo hịa Ibh =2mA, công suất nguồn sáng chiếu vào ca tốt p=1,2w.Tính hiệu suất lượng tử tượng quang điện A:0,650%; B:0,3750% ; C: 0,550%; D: 0,4250% Bài 4:Chiếu xạ có bước sóng =0,4 m vào ca tốt tế bào quang điện.Cơng electron kim loại làm ca tốt A=2eV.Trả lời câu hỏi sau: Câu 1:Để triệt tiêu dòng quang điện phải đặt a nốt ca tốt hiệu điện UAK có giá trị sau A:UAK -1,1V; B:UAK 1,1V ; C: UAK =-1,1V; D:UAK =1,1V Câu 2:Đặt Anốt catốt hiệu điện UAK=5V.Động cực đại quang e tới anốt có giá trị sau đây: A:8,1eV; B:6,1eV; C:4,1eV; D:6,6eV Bài 5: Một đèn Na chiếu sáng có cơng suất phát xạ p=100w.Bước sóng ánh sáng đèn phát 0,589 msố phô tôn đèn ống phát 30 giây bao nhiêu? A:9.1021; B:9.1018; C:12.1022; D:6.1024 34 Bài 6:Cho h 6, 625.10 Js, c=3.10 m / s Động lượng phơtơn có tần số v 6.1014 Hz : A:2,5.10-28 kg.m/s B:1,5.10-28 kg.m/s; C:13,25.10-28 kg.m/s; D: 0,25.10-28 kg.m/s Bài 7: Khi đặt hiệu điện ngược 0,8V lên hai cực tế bào quang điện khơng có electron đến anốt tế bào quang điện Vận tốc ban đầu cực đại quang electron bắn khỏi catốt : A:5,3.106 m/s B:0,3.106 m/s; C:0,65.106 m/s; D:0,53.106 m/s Bài 8: Khi chiếu xạ điện từ đơn sắc bước sóng λ=0,41μm vào catốt tế bào quang điện có tượng quang điện xảy Để triệt tiêu dòng quang điện người ta đặt hiệu điện ngược 0,76V Cho h 6, 625.1034 Js, c=3.108 m / s, 1eV=1,6.10-19 J Cơng electron kim loại dùng làm catốt : A:36,32.10-20 J; B:3,3125.10-20J; C:0,3125.10-20J; D:33,25.10-20J; Bài 9: Giới hạn quang điện kim loại dùng làm catốt tế bào quang điện 0,5µm Cho h 6, 625.1034 Js, c=3.108 m / s, 1e=1,6.10-19 C Khi chiếu ánh sáng đơn sắc bước sóng λ=0,36µm vào catốt tế bào quang điện hiệu điện hãm để khơng có electron đến anốt : A :Uh= 9,7V; B: Uh= 0,97V ; C:Uh =1,97V; D:Uh=0,57V Bài 10: Khi chiếu chùm sáng đơn sắc vào kim loại có tượng quang điện xảy Nếu dùng hiệu điện hãm 3,0 V quang electron khơng tới anốt Cho biết tần số giới hạn kim loại 6.1014 s -1 , =6,625.10-34 Js, e=1,6.10 -19C Tần số chùm ánh sáng tới : C:13,25.1014 HZ; D:25.1014 HZ; A:1,5.1014 HZ; B:1,25.1014 HZ; Bài 11 Chiếu chùm xạ có bươc sóng = 1800A vào kim loại Các electron bắn có động cực đại 6eV Cho biết h = 6,625.10-34J.s; c = 3.108m/s; e = 1,6.10-19C.Trả lời câu hỏi sau: Câu :Tính cơng tương ứng với kim loại dùng A 24.10-20J B 20.10-20J C 18.10-20J D 14.10-20J Câu 2: Khi chiếu vào kim loại xạ có bước sóng = 5000A có tượng quang điện xảy khơng? Nếu có tính động cực đại electron bắn A 25,6.10-20J B 51,2.10-20J C 76,8.10-20J -20 D 85,6.10 J Bài 12: Catốt tế bào quang điện có cơng electron 4eV, người ta chiếu đến tế bào quang điện ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 2600A0 Cho biết h = 6,625.10-34J.s; c = 3.108m/s; me = 9,1.10-31kg ; e = 1,6.10-19C Trả lời câu hỏi sau: Câu 1:Tìm giới hạn quang điện kim loại dùng catốt A 3322A0 B 4028A0 C 4969A0 D 5214A0 E 6223A0 Câu 2:Tìm vận tốc ban đầu cực đại electron A 6,62.105m/s B 5,23.105m/s C 4,32.105m/s D 4,05.105m/s GV: Đòan Văn Lượng Email: doanvluong@gmail.com ; doanvluong@yahoo.com Trang 20
Ngày đăng: 08/04/2022, 10:06
Xem thêm: