tai lieu vat ly 12tuan 8 9 hk 2 1242022114540

BỘ MÔN: VẬT LÝ KHỐI LỚP: 12 TUẦN: 8-9/HK2 (từ 21/3 đến 2/4) GV biên soạn: Trần Thị Loan TRƯỜNG THPT PHÚ NHUẬN PHIẾU HƯỚNG DẪN HỌC SINH TỰ HỌC I- Nhiệm vụ tự học, nguồn tài liệu cần tham khảo: - Hiện tượng quang điện : https://www.youtube.com/watch?v=nAgHA8U1SDM - Hiện tượng quang điện : https://www.youtube.com/watch?v=H2g1iyT91ZA II- Kiến thức cần ghi nhớ: CHỦ ĐỀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG A TĨM TẮT LÍ THUYẾT Hiện tượng quang điện a Thí nghiệm Héc tượng quang điện (1887) Gắn kẽm tích điện âm vào cần tĩnh điện kế, kim điện kế lệch góc Chiếu chùm ánh sáng hồ quang vào kẽm góc lệch kim điện kế giảm Thay kẽm kim loại khác, ta thấy tượng tương tự Kết luận: Ánh sáng hồ quang làm bật êlectron khỏi mặt kẽm b Định nghĩa Hiện tượng ánh sáng (hoặc xạ điện từ) làm bật êlectron khỏi mặt kim loại gọi tượng quang điện (ngoài) Định luật giới hạn quang điện Hiện tượng quang điện xảy ánh sáng kích thích chiếu vào làm loại có bước sóng nhỏ bước sóng λ0 λ0 gọi giới hạn quang điện làm loại đó: λ ≤ λ0 (2) Trừ kim loại kiềm vài kim loại kiềm thổ có giới hạn quang điện miền ánh sáng nhìn thấy, kim loại thường dùng khác có giới hạn quang điện miền từ ngoại Thuyết sóng điện từ ánh sáng khơng giải thích mà giải thích thuyết lượng tử Thuyết lượng tử ánh sáng a Giả thuyết Plăng Lượng lượng mà nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định hf; f tần số ánh sáng bị hấp thụ hay phát ra; h số Lượng tử lượng: ε = hf, h gọi số Plăng: h = 6,625.10−34J.s b Thuyết lượng tử ánh sáng + Ánh sáng tạo thành hạt gọi phôtôn + Với ánh sáng đơn sắc có tần số f, phơtơn giống nhau, phôtôn mang lượng hf + Trong chân không, 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 phơtơn Phơtơn tồn trạng thái chuyển động Khơng có phơtơn đứng n c Giải thích định luật giới hạn quang điện thuyết lượng tử ánh sáng Anh−xtanh cho rằng, tượng quang điện xảy êlectron kim loại hấp thụ phơtơn ánh sáng kích thích Phơtơn bị hấp thụ truyền tồn lượng cho êlectron Năng lượng ε dùng để − Cung cấp cho êlectron công A, gọi cơng thốt, để êlectron thẳng lực liên kết với mạng tinh thể thoát khỏi bề mặt kim loại; − Truyền cho êlectron động ban đầu; − Truyền phần lượng cho mạng tinh thể Nếu êlectron nằm lớp bề mặt kim loại mà không lượng truyền cho mạng tinh thể Động ban đầu êlectron có giá trị cực đại W0d = Áp dụng định luật hảo toàn lượng, ta có: * Để tượng quang điện xảy ra: λ0 = ε ≥ A hay h W0d = mv02 max mv02 max c hc ≥A⇒λ≤ λ A hc ⇒ λ ≤ λ0 A Đặt Lưỡng tính sóng − hạt ánh sáng * Có nhiều tượng quang học chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng (như giao thoa, nhiễu xạ ); lại có nhiều tượng quang học khác chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt Điều chứng tỏ: Ánh sáng có lưỡng tính sóng − hạt * Trong tượng quang học, ánh sáng thường thể rõ hai tính chất Khi tính chất sóng thể rõ, tính chất hạt lại mờ nhạt, ngược lại Sóng điện từ có bước sóng ngắn, phơtơn ứng với có lượng lớn tính chất hạt thể rõ, tượng quang điện, khả đâm xuyên, tác dụng phát quang , cịn tính chất sóng mờ nhạt Trái lại, sóng điện từ có bước sóng dài, phơtơn ứng với có lượng nhỏ, tính chất sóng lại thể rõ (ở tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, ), cịn tính chất hạt mờ nhạt Lưu ý: + Dù tính chất ánh sáng thể ánh sáng có chất sóng điện từ + Lưỡng tính sóng − hạt phát ánh sáng, sau lại phát hạt vi mô, êlectron, prôtôn, Có thể nói: lưỡng tính sóng − hạt tính chất tổng quát vật Tuy nhiên, với vật có kích thước thơng thường, phép tính cho thấy sóng tương ứng với chúng có bước sóng nhỏ, nên tính chất sóng chúng khó phát B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN VẬN DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN Sự truyền phôtôn hc ε = hf = λ phôtôn: Năng lượng với λ bước sóng ánh sáng đơn sắc chân khơng Gọi N số phôtôn chiếu vào hay phát thời gian t cơng suất chùm sáng: P= Nε P.t P.t Pλ.t ⇒N= = = t ε hf hc Ví dụ 1: Cơng suất nguồn sáng P = 2,5 W Biết nguồn phát ánh sáng đơn sắc đơn sắc có bước sóng λ = 0,3 µm Cho số Plăng 6,625.10−34 Js tốc độ ánh sáng chân không 3.108 m/s Số phôtôn phát từ nguồn sáng phút A 2,26.1020 B 5,8.1018 C 3,8.1019 D 3,8.1018 Hướng dẫn N= P.t P.t Pλ.t 2,5.0,3.10−6.60 = = = ≈≈ 2, 26.1020 ε hf hc 19,875.10 −26 Số phôtôn phát từ nguồn sáng phút: Chọn A Ví dụ 2: Nếu mơi trường ta biết bước sóng lượng tử λ lượng ε , chiết suất tuyệt đối mơi trường bao nhiêu? (Biết h số Plăng, c tốc độ ánh sáng chân không) A n= hc λε B n= hε λc C n= hε λ D n= hε c Hướng dẫn Bước sóng truyền mơi trường có chiết suất n λ bước sóng chân khơng λ = nλ nên ε= hc hc hc = ⇒n= ⇒ λ nλ ελ Chọn A Ví dụ 3: Một xạ hồng ngoại truyền mơi trường có chiết suất 1,4 có bước sóng µm xạ tử ngoại truyền mơi trường có chiết suất 1,5 có bước sóng 0,14 µm Tỉ số lượng phô tôn phô tôn A 24 lần B 50 lần C 20 lần D 230 lần Hướng dẫn hc hc ε λ n λ '2 n λ' 3.1, = = = 1' = = 20 ⇒ hc ε1 hc n λ 0,14.1,5 λ1 n λ1' Chọn A Ví dụ 4: (CĐ−2008) Trong chân khơng, ánh sáng đỏ có bước sóng 720 nm, ánh sáng tím có bước sóng 400 nm Cho hai ánh sáng truyền mơi trường suốt chiết suất tuyệt đối mơi trường hai ánh sáng 1,33 1,34 Tỉ số lượng photon đỏ lượng phơtơn tím mơi trường A 133/134 B 5/9 C 9/5 D 2/3 Hướng dẫn ε2 hc λ1 400 = = = = ⇒ ε1 λ ' ε λ d 720 Chọn B Ví dụ 5: (ĐH−2012) Laze A phát chùm xạ có bước sóng 0,45 µm với công suất 0,8W Laze B phát chùm xạ có bước sóng 0,60 µm với cơng suất 0,6 W Tỉ số số phôtôn laze B số phôtôn laze A phát giây A B 20/9 C D 3/4 Hướng dẫn hc NB PB λB N P λ Nε hc P= =N ⇒ = ⇒ B = B B = 1⇒ t λ.t PA N hc N A PA λ A A λA Chọn A Ví dụ 6: (ĐH−2012) Theo thuyết lượng tử ánh sáng, phát biểu sau sai? A Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108 m/s dọc theo tia sáng B Phôtôn ánh sáng đơn sắc khác mang lượng khác C Năng lượng phôtôn không đổi truyền chân không D Phôtôn tồn trạng thái đứng yên trạng thái chuyển động Hướng dẫn Phôtôn tồn trạng thái chuyển động Khơng có phơtơn đứng n ⇒ Chọn D Ví dụ 7: Có hai tia sáng đơn sắc khác (1) (2) chiếu tới thấu kính lồi (làm thuỷ tinh) theo phương song song với trục (hình vẽ) Phát biểu sau xác: A Chiết suất thuỷ tinh ánh sáng ứng với tia sáng (1) lớn chiết suất thuỷ tinh ánh sáng ứng với tia sáng (2) B Năng lượng photon ứng với tia sáng (1) nhỏ lượng photon ứng với tia sáng (2) C Tiêu điểm chung thấu kính cho hai tia sáng A D Ánh sáng ứng với tia sáng (1) có bước sóng ngắn ánh sáng ứng với tia sáng (2) Hướng dẫn Tia hội tụ điểm xa thấu kính nên chiết suất bé hơn, tức bước sóng lớn Do đó, lượng phôtôn nhỏ ⇒ Chọn B Dạng Điều kiện để xảy tượng quang điện Để xảy tượng quang điện thì: λ ≤ λ ⇔ ε ≥ A hc  ε = hf = λ hc = 19,875.10 −26 ( Js )  hc λ =  A Ví dụ 1: Cơng êlectrôn (êlectron) khỏi kim loại A = 1,88 eV Biết số Plăng h = 6,625.10−34 J.s, vận tốc ánh sáng chân không c = 3.108m/s eV = 1,6.10−19 J Giới hạn quang điện kim loại A 0,33 µm B 0,22 µm C 0,66 10−19 µm D 0,66 µm Hướng dẫn Cách 1: λ0 = λ0 = Cách 2: ⇒ λ0 = hc 19,875.10 −26 = = 0, 66.10 −6 ( m ) ⇒ A 1,88.1, 6.10 −19 −34 hc 6, 625.10 l3.10 1, 242.10 = = A A ( eV ) 1, 6.10−19 A ( eV ) −6 = Chọn D 1, 242 ( µm ) A ( eV ) 1, 242 = 0, 66 ( µm ) 1,88 Ví dụ 2: Cơng kim loại 4,5 eV Trong xạ λ = 0,180 µm; λ2 = 0,440 µm.; λ3 = 0,280 µm; λ4 = 0,210 µm; λ5 = 0,320 µm, xạ gây tượng quang điện chiếu vào bề mặt kim loại trên? Cho số Plăng 6,625.10−34 Js, tốc độ ánh sáng chân không 3.108 m/s leV = 1,6.10−19 J A λ1, λ4 λ3 B λ1 λ4 C λ2, λ5 λ3 D Khơng có xạ Hướng dẫn λ0 = hc 19,975.10 −26 = ≈ 0, 276.10 −6 ( m ) ⇒ λ1 ≤ λ ≤ λ ⇒ −19 A 4,5.1, 6.10 Chọn B Ví dụ 3: (ĐH−2012) Biết cơng electron kim loại: canxi, kali, bạc đồng là: 2,89 eV; 2,26 eV; 4,78 eV 4,14 eV Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,33 µm vào bề mặt kim loại Hiện tượng quang điện không xảy với kim loại sau đây? A Kali đồng B Canxi bạc C Bạc đồng D Kali canxi Hướng dẫn ε= hc 19,875.10 −26 1eV = x ≈ 3, 76 ( eV ) > A Ca > A K −6 λ 0,33.10 1, 6.10 −19 : Gây tượng quang điện cho Ca, K không gây tượng quang điện cho Bạc Đồng ⇒ Chọn C Ví dụ 4: Trong thí nghiệm Hécxơ, chiếu ánh sáng hồng ngoại vào kẽm tích điện âm A điện tích âm kẽm B kẽm trung hòa điện C điện tích kẽm khơng thay đổi D kẽm tích điện dương Hướng dẫn Các kim loại thơng thường có giới hạn quang điện ngồi nằm vùng tử ngoại (trừ kim loại kiềm vài kiềm thổ nằm vùng nhìn thấy) Tia hồng ngoại khơng gây tượng quang điện ngồi nên điện tích kẽm khơng thay đổi ⇒ ChọnC Ví dụ 5: Khi chiếu chùm tia tử ngoại liên tục vào kẽm tích điện âm thấy kẽm: A dần electron trở thành mang điện dương B dần điện tích âm trở nên trung hịa điện C dần điện tích dương D tích điện âm Hướng dẫn Tia tử ngoại làm bứt electron khỏi kẽm làm cho kẽm dần điện tích âm đến kẽm trung hịa điện chưa dừng lại, electron tiếp tục bị bứt làm cho tích điện dương ⇒ Chọn A BÀI TẬP TỰ LUYỆN Bài 1: Cơng êlectrơn khói kim loại A = 6,625.10 −19 J, số Plăng h = 6,625.10 −34 J.s, tốc độ ánh sáng chân không c = 3.108 m/s Giới hạn quang điện kim loại A 0,250 μm B 0,300 μm C 0,375 μm D 0,295 μm Bài 2: Chiếu chùm sáng đơn sắc: chùm có tần số 1015 Hz chùm có bước sóng 0,2 μm vào kim loại có cơng 5,2 eV có tượng quang điện xảy khơng? A hai có B hai không C D Bài 3: Lần ượt chiếu vào kim loại có cơng 6,625 eV bước sóng: λ = 0,1875 (μm); λ2 = 0,1925 (μm); λ3 = 0,1685 (μm) Hỏi bước sóng gây tượng quang điện? A λ1; λ2; λ3 B λ2; λ3 C λ1; λ3 D λ3 −19 Bài 4: Chiếu chùm photon có lượng 4,96875.10 (J) vào điện cực phẳng có cơng 3.10−19 (J) Biết điện tích electron 1,6.10−19 C Hỏi eletron quang điện rời xa bề mặt tối đa khoảng bên điện cực có điện trường cản 7,5 (V/m)? A 0,164 m B 0,414 m C 0,124 m D 0,166 m Bài 5: Hiện tượng quang điện bắt đầu xảy chiếu vào kim loại ánh sáng có bước sóng 400 nm Một kim loại khác có cơng lớn gấp đơi cơng kim loại thứ muốn xảy tượng quang điện ánh sáng chiếu tới phải có bước sóng lớn bằng: A 200 nm B l00nm C 800 nm D 1600 nm Bài 6: Chiếu bốn xạ có bước sóng theo thứ tự λ 1, λ2, λ3 λ4 vào bọn qua cầu tích điện âm Cs, Bạc, Kẽm Natri điện tích bốn cầu thay đổi Chọn cầu A Bước sóng nhỏ bốn bước sóng λ1 B Bước sóng lớn bốn bước sóng λ4 C Nếu dùng xạ có bước sóng λ2 chắn gây tượng quang điện cho bốn cầu nói D Nếu dùng xạ có bước sóng λ3 khơng thể gây tượng quang điện cho bốn cầu nói Bài 7: Một nguồn xạ có công suất phát sáng W phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,7 µm Cho số Plăng tốc độ ánh sáng chân không h = 6,625.10 −34 Js, c = 3.108m/s số phơtơn phát giây là: A 3,52.1019 B 3,52.1020 C 3,52.1018 D 3,52.1016 Bài 8: Một đèn phát ánh sáng đơn sắc có cơng suất P = 1,25 W, 10 s phát 3,075.10 19 phôtôn Cho số Plăng 6,625.10−34 Js tốc độ ánh sáng chân không 3.10 m/s Bức xạ có bước sóng A 0,52 μm B 0,30 μm C 0,45 μm D 0,49 μm Bài 9: Nguồn sáng X có cơng suất P1 phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 400 nm Nguồn sáng Y có cơng suất P2 phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 600 nm Trong khoảng thời gian, tỉ số số phôtôn mà nguồn sáng X phát so với số phôtôn mà nguôn sáng Y phát 5/4 Tỉ số P1/P2 A 8/15 B 6/5 C 5/6 D 15/8 Bài 10: Hai nguồn sáng λ1 f2 có cơng suất phát sáng Nguồn đơn sắc bước sóng λ = 600 nm phát 3,62.1020 phôtôn phút Nguồn đơn sắc tần số f = 6,0.1014 Hz phát phôtôn giờ? A 3,01.1010 B.1,09.1024 C 1,81.1022 D 5,02.1018 ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN 1.B 2.D 3.C 4.A 5.A 6.C 7.C 8.D 9.D 10.C ... 6.10− 19 A ( eV ) −6 = Chọn D 1, 24 2 ( µm ) A ( eV ) 1, 24 2 = 0, 66 ( µm ) 1 ,88 Ví dụ 2: Cơng kim loại 4,5 eV Trong xạ λ = 0, 180 µm; ? ?2 = 0,440 µm.; λ3 = 0, 28 0 µm; λ4 = 0 ,21 0 µm; λ5 = 0, 320 µm,... A 0,33 µm B 0 ,22 µm C 0,66 10− 19 µm D 0,66 µm Hướng dẫn Cách 1: λ0 = λ0 = Cách 2: ⇒ λ0 = hc 19 ,87 5.10 ? ?26 = = 0, 66.10 −6 ( m ) ⇒ A 1 ,88 .1, 6.10 − 19 −34 hc 6, 625 .10 l3.10 1, 24 2.10 = = A A (... 2, 26.1 020 B 5 ,8. 10 18 C 3 ,8. 10 19 D 3 ,8. 10 18 Hướng dẫn N= P.t P.t Pλ.t 2, 5.0,3.10−6.60 = = = ≈≈ 2, 26 .1 020 ε hf hc 19 ,87 5.10 ? ?26 Số phôtôn phát từ nguồn sáng phút: Chọn A Ví dụ 2: Nếu mơi trường