1 Ôn luyện vật lý 12 BÀI TẬP VỀ QUANG ĐIỆN I.TÓM TẮT LÝ THUYÊT 1. Năng lượng một lượng tử ánh sáng (hạt phôtôn) 2 hc hf mce l = = = Trong đó h = 6,625.10 -34 Js là hằng số Plăng. c = 3.10 8 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không. f, λ là tần số, bước sóng của ánh sáng (của bức xạ). m là khối lượng của phôtôn 2. Tia Rơnghen (tia X) Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen : đ Min hc E l = Trong đó 2 2 0 đ 2 2 mv mv E e U= = + là động năng của electron khi đập vào đối catốt (đối âm cực) U là hiệu điện thế giữa anốt và catốt v là vận tốc electron khi đập vào đối catốt v 0 là vận tốc của electron khi rời catốt (thường v 0 = 0) m = 9,1.10 -31 kg là khối lượng electron 3. Hiện tượng quang điện *Công thức Anhxtanh * 2 0 ax 2 M mv hc hf Ae l = = = + . Trong đó 0 hc A l = là công thoát của kim loại dùng làm catốt λ 0 là giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt v 0Max là vận tốc ban đầu của electron quang điện khi thoát khỏi catốt f, λ là tần số, bước sóng của ánh sáng kích thích * Để dòng quang điện triệt tiêu thì U AK ≤ U h (U h < 0), U h gọi là hiệu điện thế hãm 2 0 ax 2 M h mv eU = Lưu ý: Trong một số bài toán người ta lấy U h > 0 thì đó là độ lớn. * Xét vật cô lập về điện, có điện thế cực đại V Max và khoảng cách cực đại d Max mà electron chuyển động trong điện trường cản có cường độ E được tính theo công thức: 2 ax 0 ax ax 1 2 M M M e V mv e Ed= = * Với U là hiệu điện thế giữa anốt và catốt, v A là vận tốc cực đại của electron khi đập vào anốt, v K = v 0Max là vận tốc ban đầu cực đại của electron khi rời catốt thì: 2 2 1 1 2 2 A K e U mv mv= - * Hiệu suất lượng tử (hiệu suất quang điện) 0 n H n = -Với n và n 0 là số electron quang điện bứt khỏi catốt và số phôtôn đập vào catốt trong cùng một khoảng thời gian t. -Công suất của nguồn bức xạ: 0 0 0 n n hf n hc p t t t e l = = = , Cường độ dòng quang điện bão hoà: bh n e q I t t = = bh bh bh I I hf I hc H p e p e p e e l Þ = = = * Bán kính quỹ đạo của electron khi chuyển động với vận tốc v trong từ trường đều B ¶ , = ( ,B) sin mv R v e B a a = r ur Xét electron vừa rời khỏi catốt thì v = v 0Max Khi sin 1 mv v B R e B a^ Þ = Þ = r ur Lưu ý: Hiện tượng quang điện xảy ra khi được chiếu đồng thời nhiều bức xạ thì khi tính các đại lượng: Vận tốc ban đầu cực đại v 0Max , hiệu điện thế hãm U h , điện thế cực đại V Max , … đều được tính ứng với bức xạ có λ Min (hoặc f Max ) TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 2 Ôn luyện vật lý 12 BÀI TẬP VỀ QUANG ĐIỆN II.BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Bài 1 : :Chiếu bức xạ có bước sóng λ =0,18 µ m vào ca tốt của một tế bào quang điện.KL dùng làm ca tốt có giới hạn quang điện là 0 λ =0,3 µ m.Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1:Công thoát của e ra khỏi tế bào quang điện là bao nhiêu? A:4,14eV; B:66,25eV; C:6,625eV; D:41,4eV. Câu 2:.Xác định hiệu điện thế U h để dòng quang điện triệt tiêu. A:5,52V; B:6,15V; C:2,76V; D:2,25V. Câu 3:Động năng ban đầu cực đại của e là bao nhiêu? A:25,5eV; B:2,76eV; C:2,25eV; D:4,5eV. Bài 2:Kim loại dùng làm ca tốt của một tế bào quang điện có công thoát A=2,2eV.Chiếu vào ca tốt một bức xạ điện từ có bước sóng λ .biết U h =0,4V.Vân tốc ban đầu cực đại của e là bao nhiêu? A:3,75.10 5 m/s; B:3,5.10 5 m/s; C:3,75.10 4 m/s; D:3,5.10 4 m/s. Bài 3:Chiếu bức xạ có bước sóng λ =0,552 µ m vào ca tốt của một tế bào quang điện dòng quang điện bảo hòa có cường độ là I bh =2mA.công suất nguồn sáng chiếu vào ca tốt là p=1,2w.Tính hiệu suất lượng tử của hiện tượng quang điện. A:0,650%; B:0,3750% ; C: 0,550%; D: 0,4250%. Bài 4:Chiếu bức xạ có bước sóng λ =0,4 µ m vào ca tốt của một tế bào quang điện.Công thoát của electron của kim loại làm ca tốt là A=2eV.Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1:Để triệt tiêu dòng quang điện phải đặt giữa a nốt và ca tốt một hiệu điện thế U AK có giá trị nào sau đây. A:U AK ≤ -1,1V; B:U AK ≤ 1,1V ; C: U AK =-1,1V; D:U AK =1,1V. Câu 2:Đặt giữa Anốt và catốt một hiệu điện thế U AK =5V.Động năng cực đại của quang e khi tới anốt có giá trị nào sau đây: A:8,1eV; B:6,1eV; C:4,1eV; D:6,6eV. Bài 5Một đèn Na chiếu sáng có công suất phát xạ p=100w.Bước sóng của ánh sáng do đèn phát ra là 0,589 µ msố phô tôn do đèn ống phát ra trong 30 giây là bao nhiêu? A:9.10 21 ; B:9.10 18 ; C:12.10 22 ; D:6.10 24 . Bài 6: Kim lọai dùng làm ca tốt của tế bào quang điện có công thoát là 1,8eV.Chiếu vào ca tốt một chùm ánh sáng có bước sóng 600nm từ nguồn sáng có công suất 2mW,thì cứ 1000 phô tôn đập vào catốt có 2 e bật ra.Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1:Tính giới hạn quang điện của ca tốt A:0,625 µ m; B:0,635 µ m; C:0,655 µ m; D:0.6895 µ m. Câu 2: Bài 7: Giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt của tế bào quang điện λ = 0,6μm. Cho 34 8 h 6,625.10 Js, c=3.10 m / s − = . Công thoát của electron khỏi tấm kim loại đó là : A.33,125.10 -20 J B:3,3125.10 -20 J; C:0,3125.10 -20 J; D:3,125.10 -20 J; Bài 8: Công thoát của kim loại dùng làm catốt của tế bào quang điện A=2,48eV. Cho 34 8 -19 h 6,625.10 Js, c=3.10 m / s, 1eV=1,6.10 J − = . Giới hạn quang điện của tấm kim loại đó là : A: 1,5 μm; B:0,5μm; C:0,75μm ; D: 0,4μm Bài 9:Cho 34 8 h 6,625.10 Js, c=3.10 m / s − = . Động lượng của phôtôn có tần số 14 v 6.10 Hz = là : 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 10: Khi đặt một hiệu điện thế ngược 0,8V lên hai cực của tế bào quang điện thì không có một electron nào đến được anốt của tế bào quang điện đó. Vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron bắn ra khỏi catốt là : A:5,3.10 6 m/s B:0,3.10 6 m/s; C:0,65.10 6 m/s; D:0,53.10 6 m/s Bài 11: Khi chiếu một bức xạ điện từ đơn sắc bước sóng λ=0,41μm vào catốt của một tế bào quang điện thì có hiện tượng quang điện xảy ra. Để triệt tiêu dòng quang điện người ta đặt một hiệu điện thế ngược là 0,76V. Cho 34 8 -19 h 6,625.10 Js, c=3.10 m / s, 1eV=1,6.10 J − = . Công thoát của electron đối với kim loại dùng làm catốt sẽ là : A:36,32.10 -20 J; B:3,3125.10 -20 J; C:0,3125.10 -20 J; D:33,25.10 -20 J; Bài 12: Giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt của tế bào quang điện là 0,5μm. Cho 34 8 -19 h 6,625.10 Js, c=3.10 m / s, 1e=1,6.10 C − = . Khi chiếu ánh sáng đơn sắc bước sóng λ=0,36μm vào catốt của tế bào quang điện đó thì hiệu điện thế hãm để không có một electron nào đến được anốt sẽ là : A :U h = 9,7V; B: U h = 0,97V ; C:U h =1,97V; D:U h =0,57V Bài 13: Khi chiếu một chùm sáng đơn sắc vào một kim loại có hiện tượng quang điện xảy ra. Nếu dùng một hiệu điện thế hãm bằng 3,0 V thì các quang electron không tới anốt được. Cho biết tần số giới hạn của kim loại đó là 14 -1 -34 -19 6.10 s , =6,625.10 Js, e=1,6.10 C . Tần số của chùm ánh sáng tới sẽ là : A:1,5.10 14 H Z ; B:1,25.10 14 H Z ; C: 13,25.10 14 H Z ; D: 25.10 14 H Z ; Bài 13: Chiếu bức xạ điện từ có bước sóng λ vào catot của tế bào quang điện thì êlectron quang điện bị bứt ra có động năng ban đầu cực đại bằng 2,43.10 -19 J. Cho biết công thoát của kim lại làm catôt là 5,52.10 -19 J. 1. Tính giới hạn quang điện của kim loại làm catôt TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 3 Ôn luyện vật lý 12 BÀI TẬP VỀ QUANG ĐIỆN 2. Tính vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện và bước sóng λ . 3. Chiếu đồng thời 2 bức xạ điện từ có bước sóng λ 1 = 0,5 µ m và λ 2 = 0,4 µ m vào catôt của tế bào quang điện trên, phải đặt hiệu điện thế hãm bằng bao nhiêu để triệt tiêu dòng quang điện. Cho h = 6,625.10 -34 J.s; c = 3.10 8 m/s. Bài 14: Chiếu chìm bức xạ có bước sóng λ = 0,2 µ m vào một tấm km loại, các êlectron quang điện bắn ra có động năng cực đại bằng 5eV. Khi chiếu vào tấm kim loại đó 2 bức xạ có bước sóng λ 1 = 1,6 µ m và λ 2 = 0,1 µ m thì có hiện tượng quang điện xảy ra không: Nếu có tính động năng cực đại của các êlectron quang điện bắn ra. Cho h = 6,625.10 -34 J.s; c = 3.10 8 m/s. Bài 15: Chiếu một chùm ánh sáng có tần số f = 7.10 8 Hz lần lượt vào hai bản kim loại nhôm và ka li. Giới hạn quang điện của nhóm λ 01 = 0,36 µ m, của kali λ 02 = 0,55 µ m.Hiện tượng gì sẽ xảy ra khi chiếu chùm ánh sáng đó vào bản nhôm và bản kali. Tính vận tốc ban đầu cực đại cua êlectron quang điện khi bứt ra khỏi bản kim loại. Cho biết: h = 6,625.10 34 J.s; c =3.10 8 m/s, m e = 9,1.10 -31 kg. Bài 16: Lần lượt chiếu 2 bức xạ có tần số f 1 =0,75.10 15 Hz và f 2 = 0,5.10 15 Hz vào bề mặt của nảti và đo hiệu điện thế hãm tương ứng U 1 = 1,05V và U 2 = 0,03V. Tính công thoát của na tri. Cho biết : h = 6,625.10 -34 J.s Bài 17: Lần lượt chiếu 2 bức xạ có tần số f 1 = 9,375.10 14 Hz và f 2 = 5,769.10 14 Hz vào một tấm kim loại làm catôt của tế bào quang điện, người ta đo được tỉ số các vận tốc ban đầu cực đại của các êlectron quang điện bằng 2. Tính công thoát của kim loại đó. Cho biết: h = 6,625.10 -34 J.s Bài 18:Chiếu bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,14 µ m vào catôt của tế bào quang điện bằng đồng, công thoát của đồng A = 4,47eV.Cho biết: h =6,625.10 -34 J.s; c = 3.10 8 m/s, e = 1,6.10 -19 C.Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1:Giới hạn quang điện của đồng: A. 0,478 µ m B. 0,406 µ m C. 0,387 µ m D. 0,278 µ m Câu 2: Tính động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện được bứt ra khỏi catôt. A. 7,044.10 -19 J. B.0,406 µ m C.7,144.10 -19 J D. 7,204.10 -19 J Câu 3: Phải đặt hiệu điện thế hãm bằng bao nhiêu để triệt tiêu dòng quang điện trong tế bào quang điện. A. 4,50V B. 4,48V C. 4,40V D.4,02V Bài 19:Ống tia X làm việc ở hiệu điện thế U = 50KV và cường dộ dòng điện I = 2mA, trong I,s bước xạ n = 5.10 13 phôtôn. Biết bước sóng trung bình của tia X là λ = 0,1nm.Cho biết c = 3.10 8 m/s, h = 6,625.10 -34 J.s. Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1: Tính công suất của dòng điện sử dụng: A. 300W. B. 400W . C.500W. D.530W Câu 2: Hiệu suất của ống tia X: A. 0,1%. B.1%. C.10%. D.19% Bài 20: Một ống Rơn-ghen phát ra bức xạ có bước sóng nhỏ nhất là 5.10 -11 m, cường độ dóng điện qua ống là 10mA. 1. Tính năng lượng của phôton Rơn-ghen tương ứng, hiệu điện thế đặt vào hai cực của ống Rơn- Ghen, vận tốc của êlectron tới đập vào đối catôt. 2. Tính số êlectron đập vào đối catôt trong 1 phút. 3. Người ta làm nguội đối catôt bằng một dòng nước chảy qua đối catôt mà nhiệt độ lúc ra khỏi đối catôt lớn hơn nhiệt độ lúc vào là 40 0 C. Tính khối lượng nươc chảy qua đối catôt trong 1 phút. Cho biết:Nhiệt dung riêng của nước là:4200J/kg.K Bài 21 : Một ống phát tia X có hiệu điện thế U=2.10 4 V.Bỏ qua động năng ban đầu của e lúc ra khỏi ca tốt.Trả lời các câu hỏi sau. Câu 1:Vận tốc của e khi chạm tới ca tốt là bao nhiêu? A:0,838.10 8 m/s; B:0,838.10 6 m/s ; C:0,638.10 8 m/s ; D:0,740.10 8 m/s . Câu 2:Tính bước sóng cực tiểu của chùm tia X phát ra A:6,02.10 -11 m; B:6,21.10 -11 m; C:5,12.10 -12 m; D:4,21.10 -12 m. Câu 3:Động năng của e khi dập vào đối ca tốt là bao nhiêu? A:4,2.10 -15 J; B:3,8.10 -15 J; C:3,8.10 -16 J; D:3,2.10 -15 J. Bài 22:Dòng điện qua ống Rơn ghen là 1,6mA.tính số e đập vào đối ca tốt trong 1phút. A:6.10 17 ; B:9,6.10 16 ; C:7,22.10 17 ; D:6,6.10 17 . TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) . bào quang điện dòng quang điện bảo hòa có cường độ là I bh =2mA.công suất nguồn sáng chiếu vào ca tốt là p=1,2w.Tính hiệu suất lượng tử của hiện tượng quang. 2 2 1 1 2 2 A K e U mv mv= - * Hiệu suất lượng tử (hiệu suất quang điện) 0 n H n = -Với n và n 0 là số electron quang điện bứt khỏi catốt và số phôtôn đập