Bài tập trắc nghiệm chương lượng tử ánh sáng (2)

Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - I. HIN TNG QUANG IN NGOÀI 1) Thí nghim Hertz v hin tng quang đin a) Thí nghim  Chiu chùm ánh sáng t ngoi phát ra t h quang vào tm km tích đin âm (tm km đang tha electron) gn trên din nghim ta thy hai lá ca đin nghim cp li, tm km mt đin tích âm.  Chn chùm tia t ngoi t h quang bng mt tm kính thì hin tng không xy ra.  Thay tm km tích đin âm bng tm km tích đin dng, hin tng cng không xy ra. Thay tm km bng các kim loi khác tích đin âm hin tng xy ra bình thng. Kt lun: Khi chiu chùm ánh sáng thích hp có bc sóng ngn vào b mt mt tm kim loi thì nó làm cho các electron  b mt tm kim loai b bt ra. Hin tng đó gi là hin tng quang đin. Các e b bt ra gi là các e quang đin. b) Khái nim hin tng quang đin ngoài Hin tng electron b bt ra khi chiu ánh sáng có bc sóng thích hp vào mt tm kim loi đc gi là hin tng quang đin ngoài, hay gi tt là hin tng quang đin. 2) Thí nghim vi t bào quang đin a) Khái nim v t bào quang đin T bào quang đin là mt bình chân không (đã đc hút ht không khí bên trong), gm có hai đin cc:  Anot là mt vòng dây kim loi.  Catot có dng chm cu bng kim loi.  Khi chiu vào catt ca t bào quang đin ánh sáng đn sc có bc sóng thích hp thì trong mch xut hin mt dòng đin gi là dòng quang đin. b) Kt qu thí nghim  Vi mi kim loi dùng làm catot, ánh sáng kích thích phi có bc sóng  nh hn mt gii hn  0 nào đó thì hin tng mi xy ra.  Cng đ dòng quang đin ph thuc vào U AK theo đ th sau: + U AK > 0: Khi U AK tng thì I tng, đn giá tr nào đó, I đt đn giá tr bão hòa. Lúc đó U AK tng thì I vn không tng. + U AK < 0: I không trit tiêu ngay mà phi đn giá tr U AK = U h < 0 nào đó. Zn - - - HIN TNG QUANG IN NGOÀI, THUYT LNG T ÁNH SÁNG (TÀI LIU BÀI GING) GIÁO VIểNμ NG VIT HÙNG ây là tài liu tóm lc các kin thc đi kèm theo bài ging “Hin tng quang đin ngoài, thuyt lng t ánh sáng “ thuc khóa hc LTH KIT-1 : Môn Vt lí(Thy ng Vit Hùng) ti website Hocmai.vn.  có th nm vng kin thc phn “Hin tng quang đin ngoài, thuyt lng t ánh sáng”, Bn cn kt hp theo dõi bài ging vi tài liu này. Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 -  Chú ý:  Mun cho dòng quang đin trit tiêu thì phi đt gia AK mt hiu đin th hãm U h < 0, tr s ca U h ph thuc vào bc sóng  ca chùm sáng kích thích.  Dòng quang đin bão hòa khi tt c các electron bt ra khi Catot đu đn đc Anot.  Cng đ dòng quang đin bão hòa t l thun vi cng đ chùm sáng kích thích mà không ph thuc vào bc sóng ca ánh sáng kích thích.   ln ca U h đc tính t biu thc ca đnh lý đng nngμ 2 2  omax h mv eU , trong đó e = –1,6.10 –19 C là đin tích ca electron, m = 9,1.10 –31 kg là khi lng ca electron. II. CÁC NH LUT QUANG IN 1) nh lut I : (nh lut v gii hn quang đin) a) Phát biu i vi mi kim loi, ánh sáng kích thích phi có bc sóng  ngn hn hay bng gii hn quang đin  0 ca kim loi đó, mi gây ra đc hin tng quang đin. Biu thc:    o b) c đim Gii hn quang đin ca mi kim loi (kí hiu  o ) là đc trng riêng cho kim loi đó. Gii hn kim loi ca mt s kim loi hình:  Chú ý: Quan sát bng giá tr gii hn quang đin ca các kim loi đin hình hay dùng ta thy rng các kim loi kim có gii hn quang đin khá ln nên khi chiu ánh sáng vào hin tng quang đin có th d xy ra hn vi các kim loi Km hay ng hn là các kim loi kim. 2) nh lut II : (nh lut v cng đ dòng quang đin bão hòa) Vi ánh sáng kích thích có bc sóng thích hp (   o ) thì cng đ dòng quang đin bão hòa t l vi cng đ ca chùm sáng kích thích. 3) nh lut III : (nh lut v đng nng ban đu cc đi ca các electron quang đin) ng nng ban đu cc đi ca các electrong quang đin không ph thuc vào cng đ ca chùm sáng kích thích mà ch ph thuc vào bc sóng ca ánh sáng kich thích và bn cht kim loi dùng làm catt. Tên kim loi Gii hn quang đin ( o ) Bc (Ag) 0,26 m ng (Cu) 0,3 m Km (Zn) 0,35m Nhôm (Al) 0,36 m Canxi (Ca) 0,43 m Natri (Na) 0,5 m Kali (K) 0,55 m Xesi (Cs) 0,58 m Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 -  Chú ý:  Kí hiu đng nng ban đu cc đi là W đmax thì theo đnh lut quang đin III ta thy W đmax ch ph thuc vào  và bn cht kim loi dùng làm Catot, do mi kim loi có mt gii hn quang đin nht đnh nên nói mt cách khác, đng nng ban đu cc đi ph thuc vào  và  o .  Trong ni dung ca chng trình Chun thì ch dng li  nh lut quang đin I, các đnh lut II và III ch mang tính tham kho. III. THUYT LNG T ÁNH SÁNG 1) Gi thuyt v lng t nng lng Planck Theo nhà bác hc ngi c, Planck, Lng nng lng mà mi ln mt nguyên t hay phân t hp th hay phát x có giá tr hoàn toàn xác đnh, đc ký hiu là  và có biu thc  = h.f Trong đó: f là tn s ca ánh sáng b hp th hay phát ra h là mt hng s, đc gi là hng s Plack có giá tr h = 6,625.10 –34 J.s 2) S bt lc ca thuyt sóng ánh sáng Theo thuyt sóng ánh thì ánh sáng là mt chùm sóng đin t. Khi đp vào b mt kim loi s làm cho các e  b mt kim loi dao đng, cng đ chùm sáng càng ln thì các e dao đng càng mnh và bt ra ngoài to thành dòng quang đin. Do đó bt kì chùm sáng nào có cng đ đ mnh cng gây ra hin tng quang đin (trái vi đnh lut I) và đng nng ban đu cc đi ca các e ch ph thuc cng đ ca chùm sáng kích thích (trái vi đnh lut III). 3) Thuyt lng t ánh sáng Ni dung ca thuyt lng t ánh sáng do nhà bác hc Anhxtanh nêu lên có 3 ni dung chính:  Ánh sáng đc to thành bi các ht gi là phôtôn, mi phôtôn còn gi là các lng t có nng lng xác đnh  = h.f, cng đ ca chùm sáng t l vi s phôtôn phát ra trong 1 giây.  Phôtôn bay vi tc đ c = 3.10 8 m/s dc theo các tia sáng.  Mi ln mt nguyên t hay phân t phát x hay hp th ánh sáng thì chúng phát ra hay hp th phôtôn.  Chú ý:  Nhng nguyên t hay phân t vt cht không hp th hay bc x ánh sáng mt cách liên tc mà thành tng phn riêng bit đt quãng, mi phn đó mang mt nng lng hoàn toàn xác đnh - Chùm sáng là mt chùm ht mi ht là mt phôtôn mang mt nng lng xác đnh.  Khi ánh sáng truyn đi, các lng t nng lng không b thay đi, không ph thuc cách ngun sáng xa hay gn. IV. GII THệCH CÁC NH LUT QUANG IểN 1) H thc Anhxtanh  Anhxtanh coi chùm sáng là chùm ht, mi ht là mt phôtôn mang mt nng lng xác đnh  = h.f.  Trong hin tng quang đin có s hp th hoàn toàn phô tôn chiu ti. Mi phôtôn b hp th s truyn toàn b nng lng ca nó cho mt electron. i vi các electron trên b mt nng lng  này dùng làm hai vic: - Cung cp cho electron mt công thoát A đ thng lc liên kt trong tinh th và thoát ra ngoài. - Cung cp cho electron mt đng nng ban đu cc đi đ electron bay đn Anot. Theo đnh lut bo toàn nng lng ta có 2 0max d.max mv  hf A W A 2      Công thc trên đc gi là h thc Anhxtanh. Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 -  Chú ý: Thay công thc tính tn s f = c/ hoc đng nng theo U h ta đc các h qu ca h thc Anhxtanh             22 0max 0max d.max h h mv mv hc  hf A W A A eU A A eU 2 2 Các hng s : h = 6,625.10 –34 J.s, c = 3.10 8 m/s, m = 9,1.10 –31 kg, e = –1,6.10 –19 C. 2) Gii thích các đnh lut quang đin a) Gii thích nh lut I  xy ra hin tng quang đin, nng lng mt phôtôn phi ln hn công thoát A (là nng lng đ gi các electron  li tm kim loi). Khi đó ta có   c hc  A hf A h A  , 1 . A        t 0 hc , A  đc gi là gii hn quang đin. Khi đó (1) đc vit li là    0 b) Gii thích nh lut II Cng đ dòng quang đin bão hòa t l vi s electron quang đin. S electron quang đin t l vi s phô tôn đn đp vào Catot trong mt đn v thi gian. S phôton đn đp vào Catot trong mt đn v thi gian t l vi cng đ chùm sáng. Vy cng đ dòng quang đin bão hòa t l vi cng đ chùm sáng. c) Gii thích nh lut III T h thc Anhxtanh ta có 22 0max 0max d.max mv mv hc hf A W A A . 22         Ta thy đng nng ban đu cc đi (W đ.max ) ch ph thuc vào  và A, tc là bc sóng ca chùm sáng chiu vào kim loi và bn cht kim loi làm Catot.  Chú ý:  T công thc tính gii hn quang đin 0 0      hc hc A A , thay vào h thc Anhxtanh ta đc 2 2 2 0 2 2 2            omax omax omax mv mv mv hc hc hc hf A A  Trong các công thc tính toán thì tích s h.c thng đc lp li nhiu ln trong các bc tính, đ thun tin ta lu giá tr ca hng s này hc = 19,875.10 –26  Giá tr ca v omax dao đng trong khong t 10 5 (m/s) đn 10 7 (m/s). 5) Lng tính sóng ht ca ánh sáng Hin tng giao thoa chng t ánh sáng có tính cht sóng, hin tng quang đin chng t ánh sáng có tính cht ht. Vy ánh sáng có lng tính sóng ht. IV. MT S VÍ D IN HÌNH Ví d 1. Tính nng lng phôtôn ng vi ánh sáng có bc sóng  1 = 0,768 m;  2 = 0,589 m;  3 = 0,444 m. Hng dn gii: Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 5 - Áp dng công thc tính lng t nng lng ta có 34 8 20 1 6 1 34 8 20 2 6 2 34 8 20 3 6 3 hc 6,625.10 .3.10  25,87.10 (J).  0,768.10 hc 6,625.10 .3.10  33,74.10 (J).  0,58λ.10 hc 6,625.10 .3.10  44,76.10 (J).  0,444.10                              Ví d 2. Tính bc sóng và tn s ca ánh sáng có nng lng phôtôn là 2,8.10 ậ19 (J). Hng dn gii: Ta có 19 14 34 16 19  2,8.10 f 4,226.10 Hz. h 6,625.10 hc  hf  hc 19,875.10  0,7(m).  2,8.10                     Ví d 3. Tìm gii hn quang đin ca kim loi. Bit rng nng lng dùng đ tách mt electron ra khi kim loi đc dùng làm catt ca mt t bào quang đin là 3,31.10 ậ19 (J). Hng dn gii: Nng lng đ tách electron ra khi kim loi là công thoát A ca kim loi đó, vy A = 3,31.10 ậ19 (J). Theo công thc tính gii hn quang đin ta có 26 o 19 hc 19,975.10  0,6(m). A 3,31.10      Ví d 4. Mt t bào quang đin có gii hn quang đin  0 = 600 nm đc chiu bi mt tia sáng đn sc có bc sóng  = 400 nm. Tính a) công thoát A ca kim loi. b) vn tc cc đi ca electron bt ra. Hng dn gii: a) Theo công thc tính gii hn quang đin 26 19 0 9 0 hc hc 19,975.10  A 3,3125.10 J A  600.10         b) Theo h qu t h thc Anhxtanh ta có : 26 2 99 00 5 omax omax 31 0 hc hc 1 1 11 2 2hc 2.19,875.10 mv hc hc 400.10 600.10 v 6.10 (m/s). 2 m m 9,1.10                                  Vy v omax = 6.10 5 (m/s). Ví d 5. Công thoát electron ra khi kim loi A = 6,625.10 ậ19 J, hng s Plng h = 6,625.10 ậ34 J.s, vn tc ánh sáng trong chân không c = 3.10 8 m/s. Tính gii hn quang đin ca kim loi đó. áp s :  o = 0,300 m. Ví d 6. Chiu bc x t ngoi có  = 0,25 m vào mt tm kim loi có công thoát 3,45 eV. Vn tc ban đu cc đi ca êlectron quang đin là bao nhiêu? áp s : v omax = 7,3.10 5 m/s. Ví d 7. Catt ca mt t bào quang đin làm bng Cesi có gii hn quang đin là 0,66 m. Chiu vào catt ánh sáng t ngoi có bc sóng 0,33 m. ng nng ban đu cc đi ca quang electron có giá tr bao nhiêu? Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 6 - áp s: W d.max = 3,01.10 –19 J. Ví d 8. Gii hn quang đin ca km là 0,36 m, công thoát e ca km ln hn natri 1,4 ln. Gii hn quang đin ca natri có giá tr là bao nhiêu ? áp s :  o = 0,504 m. Ví d 9. Chiu bc x có bc sóng  1 = 0,405 m vào catôt ca 1 t bào quang đin thì vn tc ban đu cc đi ca electrôn là v 1 , thay bc x khác có tn s f 2 = 16.10 14 Hz thì vn tc ban đu cc đi ca electrôn là v 2 = 2v 1 . Công thoát ca electrôn ra khi catôt là áp s : A = 3.10 –19 J. Ví d 10. Catt ca mt t bào quang đin có gii hn quang đin  = 322 nm. Tính a) công thoát ca electron. b) vn tc ban đu cc đi ca electron bn ra t catt khi chiu vào nó chùm sáng đn sc có bc sóng 250 nm. áp s: a) A = 3,74.10 –3 eV. b) v omax = 1,31.10 6 m/s. Ví d 11. Mt lá Niken có công thoát là 5 eV, đc chiu bng ánh sáng t ngoi có bc sóng  = 0,2 m. Xác đnh vn tc ban đu cc đi ca các electron bn ra t catôt. áp s: v omax = 6,65.10 6 m/s. Ví d 12. (TN-2008): Gii hn quang đin ca đng (Cu) là  0 = 0,30 m. Bit hng s h = 6,625.10 -34 J.s và vn tc truyn ánh sáng trong chân không c = 3.10 8 m/s. Công thoát ca êlectrôn khi b mt ca đng là A. 6,625.10 -19 J. B. 6,265.10 -19 J. C. 8,526.10 -19 J. D. 8,625.10 -19 J. Hng dn gii: Công thoát: 34 8 19 6 0 6,625.10 .3.10 6,625.10 . 0,3.10 hc AJ        áp án A Ví d 13. Gi hn quang đin ca Ge là  o = 1,88 m. Tính nng lng kích hat (nng lng cn thit đ gii phóng mt êlectron liên kt thành êlectron dn) ca Ge? Hng dn gii: Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 7 - T công thc 34 8 0 6 0 6,625.10 .3.10   1,88.10 hc hc A A       = 1,057.10 -19 J = 0,66 eV Ví d 14. Mt kim loi có công thoát là 2,5eV. Tính gii hn quang đin ca kim loi đó μ A. 0,4969 m B. 0,649 m C. 0,325 m D. 0,229 m Hng dn gii: Gii hn quang đin 34 8 0 19 6.625.10 .3.10  2.5.1,6.10 hc A    = 4,96875.10 -7 m = 0,4969 m. áp án A Ví d 15. Catt ca mt t bào quang đin có công thoát bng 3,5eV. a) Tìm tn s gii hn và gii hn quang đin ca kim loi y. b) Khi chiu vào catt mt bc x có bc sóng 250 nm - Tìm hiu đin th gia A và K đ dòng quang đin bng 0. - Tìm đng nng ban đu cc đi ca các êlectron quang đin. - Tìm vn tc ca các êlectron quang đin khi bt ra khi K. Giáo viên: ng Vit Hùng Ngun : Hocmai.vn . 5) Lng tính sóng ht ca ánh sáng Hin tng giao thoa chng t ánh sáng có tính cht sóng, hin tng quang đin chng t ánh sáng có tính cht ht. Vy ánh sáng có lng tính sóng ht đ ca chùm sáng kích thích (trái vi đnh lut III). 3) Thuyt lng t ánh sáng Ni dung ca thuyt lng t ánh sáng do nhà bác hc Anhxtanh nêu lên có 3 ni dung chính:  Ánh sáng đc to. s ca ánh sáng b hp th hay phát ra h là mt hng s, đc gi là hng s Plack có giá tr h = 6,625.10 –34 J.s 2) S bt lc ca thuyt sóng ánh sáng Theo thuyt sóng ánh thì ánh sáng là