Bài tập trắc nghiệm chương lượng tử ánh sáng (5)

Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Các dng bài tp v LTAS – P2. 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 - D¹ng 3. tÝnh ®iÖn thÕ cùc ®¹i cña vËt dÉn c« lËp vÒ ®iÖn Cách gii: Khi chiu ánh sáng vào mt vt dn cô lp v đin, thì sau mt khong thi gian các electron b bt ra và vt tích đin dng (đt đc mt đin th). S electron b bt ra càng nhiu thì đin th ca vt càng tng lên và khi vt đt đin th cc đi V max thì s electron b bt ra li b hút tr li. in th ca vt không tng na, khi đó giá tr đin th cc đi chính là đ ln hiu đin th hãm trong t bào quang đin. Ta có eV max = eU h Theo đnh lý đng nng 2 omax max h mv eV e U 2   Chú ý:  Khi chiu đng thi các bc x có bc sóng  1 ,  2 ,  3 … vào tm kim loi và đu có hin tng quang đin xy ra, vi mi bc x s cho mt giá tr đin th cc đi V 1max , V 2max , V 3max …. Khi đó đin th cc đi ca tm kim loi là V max = max  V 1max , V 2max , V 3max …  hay mt cách d nh hn là đin th V max s ng vi bc x có bc sóng nh nht trong các bc x.  Xét vt cô lp v đin, có đin th cc đi V max và khong cách cc đi dm ax mà electron chuyn đng trong đin trng cn có cng đ E đc tính theo công thc  2 max omax max 1 e V mv e Ed 2 Ví d 1. Mt tm kim loi có công thoát electron là A = 7,23.10  19 (J). a) Xác đnh gii hn quang đin ca kim loi. b) Dùng tm kim loi đó đt cô lp, đc ri sáng đng thi bi hai bc x, bc x th nht có tn s f 1 = 1,5.10 15 (Hz) và bc x th hai có bc sóng  2 = 0,18 (m). Tính đin th cc đi trên tm kim loi. c) Khi ri bc x có tn s f 1 vào t bào quang đin có catt đc làm bng kim loi k trên, đ không mt electron nào v đc ant thì hiu đin th U AK bng bao nhiêu? Hng dn gii: a) Gii hn quang đin ca tm kim loi o hc  0,275(m). A  b) Ta có 8 15 11 15 1 c 3.10 f 1,5.10 Hz  0,2(m). f 1,5.10      Nh vy khi chiu c hai bc x vào tm kim loi thì đu có hin tng quang đin xy ra. in th cc đi tng ng ca các bc x là 1 1 1max 1max 2 2max 2max 2 hf A hf A e V V 1,71(V). e hc A  hc A e V V 2,38(V). e                      Khi đó đin th cc đi ca tm kim loi là V max = V 2max = 2,38 (V). c) Khi chiu sáng bng bc x có tn s f 1 đ không có electron nào đn đc Anot thi cn đt gia Anot và Katot hiu đin th U AK = U h < 0. Theo h thc Anhxtanh ta có 1 1 h h AK hf A hf A eU U 1,71(V) U 1,71(V). e          Vy cn đt U AK = –1,71 (V). CÁC DNG BÀI TP V LNG T ÁNH SÁNG ậ PHN 2 (TÀI LIU BÀI GING) GIÁO VIÊNμ NG VIT HÙNG ây là tài liu tóm lc các kin thc đi kèm theo bài ging “Các dng bài tp v lng t ánh sáng - phn 2 “ 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 “Các dng bài tp v lng t ánh sáng - phn 2”, 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) Các dng bài tp v LTAS – P2. 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 - D¹ng 4. electron bay ra khái Katot cho vµo tõ tr¦êng, §IÖN TR¦êNG Cách gii: Khi các electron bay ra khi Katot và cho hng vào min có t trng đu thì nó chu tác dng ca lc Lorenxo có biu thc F L = B.e.v.sin Nu phng chuyn đng ca các electron vuông góc vi các đng cm ng t B thì qu đo chuyn đng là đng tròn và lc Lorenxo đóng vai trò là lc hng tâm. Ta có 2 L ht mv mv F F B.e.v r . r eB      Vi electron có vn tc ban đu cc đi v omax thì bán kính qu đo là cc đi r max = R. T đó ta đc omax mv R eB  , vi e = 1,6.10 –19 (C) là đ ln đin tích electron.  Chú ý: Tng t, khi cho electron bay vào min có đin trng đu, có cng đ đin trng là E (V/m) thì ta có th tính đc tc đ ca electron ti mt đim trong đin trng cách đim ban đu mt khong d da trên đnh lý đng nng:          2 2 2 2 o o o e .E.d 1 1 2A mv mv A e .U e .E.d v v v . 2 2 m m Ví d 1. Catt ca mt t bào quang đin đc ph mt lp xêsi (Cs) có công thoát ca electron là A = 1,9 (eV). Catt đc chiu sáng bi mt chùm sáng đn sc có bc sóng  = 0,56 (m). a) Xác đnh gii hn quang đin ca Cs. b) Dùng màn chn tách mt tia hp các electron quang đin và hng nó vào mt t trng đu có đ ln cm ng t B = 6,1.10  5 (T) và B  vuông góc vi vn tc ban đu ca electron. Xác đnh bán kính cc đi cu qu đo electron trong t trng. Hng dn gii: a) Gii hn quang đin ca Cs: 0 hc  0,653(m). A  b) Theo h thc Anhxtanh: 2 5 omax omax hc 2A mv hc  A v 3,34.10 (m/s).  2 m          Bán kính qu đo cc đi ca electron là 31 5 2 omax 19 5 mv 9,1.10 .3,34.10 R 3,11.10 (m) 3,11(cm). eB 1,6.10 .6,1.10        Ví d 2. Chiu ánh sáng có bc sóng  = 0,5 (m) lên catt ca t bào quang đin. Bit công thoát ca kim loi là A = 1,89 (eV). a) Tính gii hn quang đin ca kim loi làm catt và cho bit đó là kim loi gì? b) Tìm đng nng ban đu cc đi ca electron khi thoát khi catt. c) Dùng màn chn tách mt tia hp các electron quang đin và hng nó vào mt t trng đu có cm ng t B và B  vuông góc vi vn tc ban đu ca electron. Bán kính cc đi cu qu đo electron trong t trng là 2 (cm). Tính cm ng t B ca t trng. Hng dn gii: a) Gii hn quang đin ca kim loi: o hc  0,63(m), A  kim loi này là Cs. b) Theo công thc Anhxtanh: 20 d.max d.max hc hc A W W A 9,51.10 (J).         c) Bán kính cc đi ca electron cho bi công thc   omax omax mv mv R B , 1 . eB eR    mà 2 5 omax d.max d.max omax mv 2W W v 4,57.10 (m/s). 2m     Thay vào biu thc (1) ta đc B = 1,299.10 –4 (T). Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Các dng bài tp v LTAS – P2. 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 - Ví d 3. Mt đin cc phng bng nhôm đc ri bng bc x t ngoi có bc sóng  = 83 (nm). Electron quang đin có th ri xa b mt đin cc mt đon ti đa bng bao nhiêu nu đin trng đu cn li chuyn đng ca e có đ ln E = 7,5 (V/cm)? Cho gii hn quang đin ca nhôm là 332 (nm). Hng dn gii: Áp dng h thc Anhxtanh ta có 22 omax omax oo mv mv hc hc hc hc 22          Khi electron chuyn đng trong đin trng có cng đ đin trng E thì nó chu tác dng ca lc đin trng F = |e|.E, công do lc đin trng này cn electron là A c = F.s, vi s là quãng đng mà electron đi đc. Quãng đng ti đa mà electron có th đi đc đn khi dng li (v = 0) đc tính theo đnh lý đng nng: 22 22 omax omax 0max c o mv mv 1 1 1 hc hc 1 mv mv A F.s e .E.s s . 2 2 2 e .E 2 e .E e .E                , (do v = 0) Thay s ta tính đc s = 0,015 (m) = 1,5 (cm). Ví d 4. Mt đin cc phng bng nhôm đc ri bng bc x có bc sóng . Bên ngoài đin cc có đin trng cn E = 10 V/cm thì quang electron có th ri xa b mt đin cc mt đon ti đa bng 2 cm. Tìm giá tr ca bc sóng  bit gii hn quang đin ca nhôm là 332 nm. Hng dn gii: Áp dng kt qu trên ta tính đc 0 hc hc e.E.s 0,05 m.        Ví d 5. Xác đnh bc sóng ca ánh sáng đn sc chiu vào b mt kim loi khi cho electron quang đin có vn tc ln nht vào trong vùng không gian có c đin trng đu và t trng đu có véc t cm ng t B và véc t cng đ đin trng E vuông góc vi nhau thì thy electron không b lch hng. Cho E = 10 6 V/m và B = 0,2 T, công thoát A = 3 eV và véc t vn tc ca electron vuông góc vi B. Hng dn gii: + Do e không b lch hng nên 6 e.E B.ev v 5.10   m/s. + T đó ta tính đc 2 2 hc mv 2hc A  0,0168m.  2 2A mv       D¹ng 5. øng dông cña hÖ thøc anhxtanh tÝnh c¸c h»ng sè vËt lý Cách gii:  Xác đinh hng s Plng khi bit U 1 , U 2 ,  1,  2           1 1 2 1 2 1 21 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 2 hc A eU e U U hc 11 hc e U U e U U h hc c A eU                                      Xác đinh khi lng electron khi bit  1 , 2 , v max1 , v max2           2 1 10 2 1 2 1 2 2 2 2 1 2 1 2 22 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 20 hc hc 1 mv 2 hc 2hc hc hc 1 1 m v v m v v m hc hc 1 22 vv mv 2                                   Chú ý: Thc cht vi các hng s cn tìm này thì chúng ta đu bit giá tr ca chúng, tuy nhiên nhng giá tr nh h = 6,625.10 -34 (J.s) là nhng giá tr gn đúng nht đc tìm thy qua rt nhiu thí nghim. Còn các giá tr mà chúng ta cn xác đnh là giá tr gn đúng trong lân cn giá tr đúng nht. Ví d. Chiu ln lt các bc x f 1 = 2,2.10 15 Hz và f 2 = 2,538.10 15 Hz vào Katot ca t bào quang đin thì các quang electron bn ra đu b gi li bi hiu đin th hãm có đ ln tng ng U 1 = 6,6 (V) và U 2 = 8 (V). a) Tính hng s Plng. Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Các dng bài tp v LTAS – P2. 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 - b) Tính gii hn quang đin ca kim loi Hng dn gii: a) Theo h thc Anhxtanh ta có:           11 12 21 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 22 hf A eU e U U hc h f f e U U e U U h ff hf A eU                       Thay s ta đc   19 34 15 15 1,6.10 . 6,6 8 h 6,627.10 (J.s). 2,2.10 2,538.10      b) Vi giá tr h tìm đc thì ta tính đc công thoát A ca kim loi: 34 15 19 19 1 1 1 1 hf A eU A hf eU 6,627.10 .2,2.10 1,6.10 .6,6 4.02.10 (J).            T đó ta tính đc gii hn quang đin 34 8 o 19 hc 6,627.10 .3.10  0,4λ5 (m). A 4,02.10      D¹ng 6. tÝnh ®éng n¨ng cña electron khi ®Õn anot Cách gii: Ta bit rng các photon khi đp vào Katot thì làm các electron bt ra và bay đn Anot. Giá tr đng nng ban đu cc đi W d.max mà chúng ta vn hay s dng trong nhng dng toán trc là giá tr đng nng ca electron ti Katot. Bài toán đt ra là xác đnh vn tc cc đi ca electron khi đn Anot hoc tính đng nng ca electron ti Anot Áp dng đnh lý đng nng ta d dàng tính đc đng nng ca electron ti Anot cng nh vn tc cc đi ti Anot. Ký hiu W A là đng nng ban đu cc đi ti Anot, W K là đng nng ban đu cc đi ti Katot (Giá tr W K này tính đc thông qua phng trình Anhxtanh), công ca lc đin trng tng tc cho electron là |e|U AK . Ta có W A – W K = |e|U AK  W A = W K + |e|U AK  Nu U AK > 0 thì W A > W K  Nu U AK < 0 thì W A < W K Ví d 1. Khi chiu chùm bc x có bc sóng  = 0,33 (m) vào Katot ca t bào quang đin thì đ trit tiêu dòng quang đin cn đt vào hiu đin th hãm là U h . a)  có hiu đin th hãm là U h  vi đ ln gim 1 (V) so vi U h thì phi dùng bc x  bng bao nhiêu? b) Cho gii hn quang đin ca catt là  o = 0,66 (m) và đt gia Anot và Katot mt hiu đin th dng U AK = 1,5 (V). Tìm đng nng cc đi ca electron quang đin khi đp vào Anot nu dùng bc x có bc sóng bng 0,33 (m). Hng dn gii: a) Ta có   26 h 26 19 h 6 hc A e U hc hc hc 19,875.10  e  0,45 (m). hc hc 19,875.10  e 1,6.10 A e U 1  0,33.10                             Vy cn dùng  = 0,45 (m). b) Theo đnh lý đng nng ta cóμ W A – W K = |e|U AK  W A = W K + |e|U AK, (1) W K đc tính t h thc Anhxtanh: 19 KK oo hc hc hc hc W W 3.10 (J)            Thay vào (1) ta đc W A = 3.10 –19 + 1,6.10 –19 .1,5 = 5,4.10 –19 (J). Ví d 2. Chiu mt ánh sáng đn sc có bc sóng  = 0,55 (m) vào mt t bào quang đin có Katot làm bng Xêsi (Cs) có công thoát là 1,8 (eV). a) Hi có hin tng quang đin xy ra không? Ti sao? b) Bit hiu đin th gia Anot và Katot là 90 (V). Tính vn tc ca electron khi đn Anot. Hng dn gii: a) Gii hn quang đin ca kim loi o hc  0,6λ (m). A  Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Các dng bài tp v LTAS – P2. 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 - Do  <  o nên có xy ra hin tng quang đin. b) Theo đnh lý đng nng ta cóμ W A – W K = |e|U AK  W A = W K + |e|U AK, (1) W K đc tính t h thc Anhxtanh: 20 KK hc hc A W W A 7,336.10 (J).         Thay vào (1) ta đc W A = 7,336.10 –20 + 1,6.10 –19 .90 = 1,44.10 –17 (J). T đó, vn tc cc đi ca eletron khi đn Anot là 17 6 A A.max 31 2W 2.1,44.10 v 5,62.10 (m/s). m 9,1.10      Ví d 3. T bào quang đin có catt làm bng Xêsi, đc chiu bng bc x có bc sóng 0,4 (m), cng đ dòng quang đin bão hoà là 32 (A). a) Tính nng lng ca mt phôtôn b) Tìm công sut phát x ca chùm sáng, bit hiu sut lng t là 0,1%. c) Bit hin tng quang đin ch xy ra khi bc sóng ánh sáng có giá tr ti đa là 0,654 (m). Tìm công thoát ca Xêsi, vn tc ban đu cc đi ca quang electron và hiu điên th gia Anotvà Katot đ cng đ dòng quang đin bng không. d) Tìm vn tc ln nht ca quang electron khi đn Anot, bit hiu đin th gia Anotvà Katot là 1,5 (V). Ví d 4. Khi chiu vào Katot ca mt t bào quang đin mt bc x đin t có bc sóng  = 0,1584 (m) thì hiu đin th hãm là có đ ln 2 (V). a) Xác đnh gii hn ca quang đin ca kim loi làm Katot. b) Nu chiu vào catt ca t bào quang đin đó mt bc x có bc sóng  = /2 và hiu đin th gia Anot và Katot là U AK = 2 (V) thì đng nng cc đi ca các quang electrôn khi bay sang đn Anot là bao nhiêu? Ví d 5. Kim loi làm catôt ca mt t bào quang đin có công thoát là 1,8 eV. a) Chiu vào catôt mt ánh sáng có bc sóng 600 (nm) t mt ngun sáng có công sut là 2 (mW). Hi dòng quang đin bão hoà bng bao nhiêu? Bit rng c 100 phôtôn đn đp vào catôt thì có 2 electron b bt ra. b) Tách t chùm electron bn ra mt electron có vn tc ln nht ri cho bay t A đn B trong mt đin trng mà hiu đin th U AB = ậ20 (V). Tìm vn tc ca electron ti đim B. S: a) I = 1,93.10 –6 (A). b) v max = 2,67.10 6 m/s. Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Các dng bài tp v LTAS – P2. 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 - BÀI TP TRC NGHIM Câu 1. Chiu mt chùm bc x đn sc có bc sóng 0,20 m vào mt qa cu bng đng, đt cô lp v đin. Gii hn quang đin ca đng là 0,30 m. in th cc đi mà qu cu đt đc so vi đt là A. 1,34 V. B. 2,07 V. C. 3,12 V. D. 4,26 V Câu 2. Khi chiu mt bc x t đc có bc sóng  vào tm kim loi đc đt cô lp v đin thì đin th cc đi đt đc là 3 V. Bc sóng ca bc x đó là A.  = 0,25 µm. B.  = 0,1926 m. C.  = 0,184 m. D.  = 0,41 m . Câu 3. Công thoát ca kim loi Na là 2,48 eV. Chiu mt chùm bc x có bc sóng 0,36 m vào t bào quang đin có catôt làm bng Nathì cng đ dòng quang đin bão hoà là 3 A. S êlectron b bt ra khi catôt trong mi giây là A. 1,875.10 13 B. 2,544.10 13 C. 3,263.10 12 D. 4,827.10 12 Câu 4. Gi s các electron thoát ra khi catt ca t bào quang đin đu b hút v ant, khi đó dòng quang đin có cng đ I = 0,32 mA. S electron thoát ra khi catt trong mi giây là A. 2.10 15 B. 2.10 17 C. 2.10 19 D. 2.10 13 Câu 5. Chiu vào catôt ca t bào quang đin mt ánh sáng có bc sóng  = 600 nm t mt ngun sáng có công sut 2 mW. Bit c 1000 ht phôtôn ti đp vào catôt thì có 2 electron bt ra, cng đ dòng quang đin bão hòa bng A. 1,93.10 –6 A. B. 0,193.10 –6 A. C. 19,3 mA. D. 1,93 mA. Câu 6. Chiu chùm ánh sáng có công sut 3 W, bc sóng 0,35 m vào catôt ca t bào quang đin có công thoát electron 2,48 eV thì đo đc cng đ dòng quang đin bão hoà là 0,02 A. Hiu sut lng t bng A. 0,2366%. B. 2,366%. C. 3,258%. D. 2,538%. Câu 7. Mt t bào quang đin có catôt đc làm bng Asen. Chiu vào catôt chùm bc x đin t có bc sóng 0,2 m và ni t bào quang đin vi ngun đin mt chiu. Mi giây catôt nhn đc nng lng ca chùm sáng là 3 mJ, thì cng đ dòng quang đin bão hòa là 4,5.10 –6 A. Hiu sut lng t là A. 9,4%. B. 0,094%. C. 0,94%. D. 0,186%. Câu 8. Khi chiu mt bc x đin t có bc sóng  = 0,5 m vào b mt catt ca t bào quang đin to ra dòng quang đin bão hoà I bh = 0,32 A. Công sut bc x đp vào catt là P = 1,5 W. Cho bit h = 6,625.10 –34 J.s ; c = 3.10 8 m/s, e = 1,6.10 –19 C. Hiu sut lng t là A. 52% B. 63% C. 53% D. 43% Câu 9. Mt chùm ánh sáng đn sc tác dng lên b mt mt kim loi và làm bt các electron ra khi kim loi này. Gi W đmax là đng nng ban đu cc đi ca electron quang đin, A là công thoát, N s electron thoát ra khi b mt kim loi trong mi giây. Nu tng cng đ chùm sáng đó lên ba ln thì A. W đmax tng chín ln. B. A gim ba ln. C. W đmax tng ba ln. D. N tng ba ln. Câu 10. Cng đ dòng quang đin bão hoà trong mch là 0,32 mA. Tính s e tách ra khi catt ca t bào quang đin trong thi gian t = 20 (s), bit rng ch có 80% electron tách ra đc chuyn v ant. A. 5.10 16 B. 3.10 18 C. 2,5.10 16 D. 3.10 20 Câu 11. Chiu mt bc x đin t có bc sóng 0,546 m lên mt kim loi dùng catt ca mt t bào quang đin, thu đc dòng bão hòa có cng đ I o = 2 mA. Công sut ca bc x đin t là 1,515 W. Gi s các electron đó đc tách ra bng màn chn đ ly mt chùm hp hng vào mt t trng đu có cm ng t B = 10 -4 T, sao cho B  vuông góc vi phng ban đu ca vn tc electron. Bit qu đo ca các electron có bán kính cc đi là R = 23,32 mm thì vn tc ban đu cc đi ca các electron quang đin. A. 1,25.10 5 m/s B. 2,36.10 5 m/s C. 3,5.10 5 m/s D. 4,1.10 5 m/s Câu 12. Chiu bc x đn sc bc sóng  = 0,533 m vào mt tm kim loi có công tht electron A = 3.10 –19 J . Dùng màn chn tách ra mt chùm hp electron quang đin và cho chúng bay vào mt min t trng đu có cm ng t B  . Hng chuyn đng ca electron quang đin vuông góc vi B . Bit bán kính cc đi ca qu đo các electron là R = 22,75 mm. Tìm đ ln cm ng t B ca t trng. A. B = 2.10 -4 T B. B = 10 -4 T C. B = 1,2.10 -4 T D. B = 0,92.10 -4 T Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Các dng bài tp v LTAS – P2. 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 - ÁP ÁN TRC NGHIM Giáo viên: ng Vit Hùng Ngun : Hocmai.vn 01. B 02. D 03. A 04. A 05. A 06. B 07. C 08. C 09. D 10. A 11. D 12. B . DNG BÀI TP V LNG T ÁNH SÁNG ậ PHN 2 (TÀI LIU BÀI GING) GIÁO VIÊNμ NG VIT HÙNG ây là tài liu tóm lc các kin thc đi kèm theo bài ging “Các dng bài tp v lng t ánh sáng. phn “Các dng bài tp v lng t ánh sáng - phn 2”, 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) Các dng bài tp v LTAS. mt phôtôn b) Tìm công sut phát x ca chùm sáng, bit hiu sut lng t là 0,1%. c) Bit hin tng quang đin ch xy ra khi bc sóng ánh sáng có giá tr ti đa là 0,654 (m). Tìm công