Hệ thống câu hỏi và bài tập trắc nghiệm phần quang lượng tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÍ  LÊ THANH MAI HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM PHẦN QUANG HỌC LƯỢNG TỬ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lí đại cương HÀ NỘI, 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÍ  LÊ THANH MAI HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM PHẦN QUANG HỌC LƯỢNG TỬ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lí đại cương Người hướng dẫn khoa học TS Phan Thị Thanh Hồng HÀ NỘI, 2018 LỜI CẢM ƠN Em xin chân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Vật líTrường Đại học Sư phạm Hà Nội Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo tổ mơn “Vật lí đại cương” quan tâm, động viên tạo điều kiện cho em thời gian học tập thực đề tài Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Phan Thị Thanh Hồng tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ em suốt thời gian thực đề tài Cuối cùng, em xin cảm ơn động viên, giúp đỡ nhiệt tình gia đình bạn bè Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2018 Sinh viên Lê Thanh Mai LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài nghiên cứu em hướng dẫn TS Phan Thị Thanh Hồng Trong trình thực đề tài em có tham khảo số tài liệu ghi mục Tài liệu tham khảo Hà Nội, tháng năm 2018 Sinh viên Lê Thanh Mai MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương án nghiên cứu Đóng góp đề tài Bố cục khóa luận NỘI DUNG Chương 1: TÍNH CHẤT LƯỢNG TỬ CỦA ÁNH SÁNG 1.1 Hiện tượng quang điện 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Thí nghiệm Stoletop 1.1.2.1 Thí nghiệm 1.1.2.2 Đường đặc trưng Vôn- Ampe tế bào quang điện 1.1.2.3 Các định luật quang điện 1.2 Thuyết lượng tử ánh sáng Công thức Einstein Photon 1.2.1 Thuyết lượng tử ánh sáng 1.2.2 Công thức Einstein 1.2.3 Photon 1.3 Hiện tượng quang điện Quang- phát quang 1.3.1 Hiện tượng quang điện 1.3.1.1 Khái niệm 1.3.1.2 So sánh tượng quang điện quang điện 1.3.1.3 Ứng dụng tượng quang điện 1.3.2 Hiện tượng quang- phát quang 1.3.2.1 Khái niệm phát quang 1.3.2.2 Huỳnh quang lân quang 1.3.2.3 Đặc điểm ánh sáng phát quang 10 1.4 Hiệu ứng Compton 10 KẾT LUẬN CHƯƠNG 11 Chương HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM 12 2.1.Trắc nghiệm tượng quang điện Thuyết lượng tử ánh sáng Công thức Einstein 12 2.2 Hiện tượng quang điện 29 2.3 Hiện tượng quang- phát quang 32 2.4 Hiện tượng tán xạ Compton 38 ĐÁP ÁN VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI 41 KẾT LUẬN CHƯƠNG 54 KẾT LUẬN CHUNG 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Theo nghị số 29-NQ/TW ngày 4-11-2013 Hội nghị Trung ương khóa XI đổi tồn diện giáo dục đào tạo, cần phải đổi mục tiêu chương trình, nội dung giáo dục, phương pháp dạy học đặc biệt phương pháp kiểm tra đánh giá kết học tập học sinh Việc kiểm tra đánh giá có hệ thống thường xuyên cung cấp kịp thời thông tin cần thiết giúp học sinh tự điều chỉnh hoạt động học đồng thời giúp giáo viên có thơng tin phản hồi để điều chỉnh, hồn thiện q trình dạy học Hình thức kiểm tra tự luận mang tính truyền thống, kiểm tra trình độ tư học sinh trình độ cao, giới hạn phần kiến thức định Hình thức trắc nghiệm khách quan d ng để kiểm tra đánh giá kiến thức vùng rộng cách nhanh chóng, xác, khách quan; cho phép xứ lí kết theo nhiều chiều với học sinh tổng thể lớp học giúp cho giáo viên kịp thời điều chỉnh hoàn thiện phương pháp dạy để nâng cao hiệu dạy học Quang học môn học nghiên cứu chất ánh sáng, lan truyền tương tác ánh sáng với môi trường mà qua Các nghiên cứu ánh sáng chứng tỏ rằng, ánh sáng vừa có tính chất sóng (sóng điện từ) lại vừa có tính chất hạt (lượng tử ánh sáng) Các tượng giao thoa, nhiễu xạ, phân cực chứng thực nghiệm chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng Các tượng quang điện, phát quang, tán xạ Compton, chứng thực nghiệm chứng tỏ ánh có tính chất lượng tử Vì vậy, việc tìm hiểu tính chất sóng tính chất lượng tử ánh sáng đề tài có ý nghĩa khoa học thực tiễn Xuất phát từ nhận thức, suy nghĩ trên, em chọn đề tài “Hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm phần quang lượng tử” làm đề tài nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Sưu tầm, xây dựng hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm (có đáp án) phần “Quang lượng tử” Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Quang học lượng tử Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm khách quan phần “Quang lượng tử” chương trình vật lí đại cương Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu liên quan đến phần quang lượng tử - Sưu tầm, xây dựng hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm khách quan (có đáp án) phần “Quang lượng tử” Phương pháp nghiên cứu - Tìm đọc, nghiên cứu tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu - Phân dạng, xây dựng câu hỏi tập trắc nghiệm Quang lượng tử - Tổng hợp kiến thức thu để viết khóa luận Đóng góp đề tài Sưu tầm, xây dựng cách có hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm khách quan (có đáp án) phần “Quang lượng tử” chương trình vật lí đại cương Bố cục đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận danh mục tài liệu tham khảo, cấu trúc khóa luận gồm chương: Chương Các kiến thức tính chất lượng tử ánh sáng Chương Hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm NỘI DUNG Chương CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ TÍNH CHẤT LƯỢNG TỬ CỦA ÁNH SÁNG 1.1 Hiện tượng quang điện (ngoài) 1.1.1 Khái niệm - Hiện tượng quang điện (ngoài) tượng ánh sáng làm bật electron khỏi bề mặt kim loại - Các electron bị bật khỏi bề mặt kim loại gọi electron quang điện (Hình 1.1) Hình 1.1 1.1.2 Thí nghiệm Stoletop 1.1.2.1 Thí nghiệm - Sơ đồ thí nghiệm (Hình 1.2) Tế bào quang điện gồm điện cực catot anot đặt bóng chân khơng có cửa sổ quang học thạch anh, catot làm kim loại cần nghiên cứu tượng quang điện Khi rọi vào catot ch m sáng đơn sắc có bước sóng thích hợp, mạch điện có Hình 1.2 dòng điện- gọi dòng quang điện 1.1.2.2 Đường đặc trưng Vôn- Ampe tế bào quang điện - Đường đặc trưng Vôn- Ampe tế bào quang điện đường cong mô tả phụ thuộc cường độ dòng quang điện vào hiệu điện UAK (Hình 1.3) - Khi UAK >0: tăng UAK theo UAK tăng U0 dòng quang điện không thay đổi tiếp tục tăng UAK Giá trị = I0 gọi dòng quang điện bão hòa Hình 1.3 I  ne e Trong đó: (1.1) số electron đến anot s điện tích electron ( e  1, 6.1019 C ) - Khi UAK =0, có dòng quang điện ( - Khi UAK giá trị âm ( =0), 0) dòng quang điện bị triệt tiêu gọi hiệu điện hãm liên hệ với động ban đầu cực đại quang electron công thức: e Uh  Womax (1.2) Chú ý: Hiệu suất lượng tử (hiệu suất quang điện): H ne n (1.3) 1.1.2.3 Các định luật quang điện a ) Định luật giới hạ n q uan g ệ n - Đối với kim loại xác định, hiệu ứng quang điện xảy tần số (hay bước sóng giá trị ánh sáng rọi vào kim loại lớn (nhỏ hơn) (hay đó, (hay ) gọi tần số (hay bước sóng) giới hạn quang điện - Nói cách khác, điều kiện để xảy tượng quang điện: f  f0 (1.4) Câu 64 A Áp dụng cơng thức (1.12) Câu 65 C Ta có cơng suất xạ nguồn sáng là: số photon phát 10s xác định: N  Pt   Pt hc Câu 66 D Áp dụng công thức (1.12) P  N Câu 67 D  Nhc t t  P1  2 P2 1 - Số electron - Số photon N1  750 3 450 N2 đến B 1s là: I  ne e  n e  10 chiếu vào A 1s là: P  f   n f  5.1015 n 13 - Cứ 100 photon chiếu vào A có e bị bật ra, số e bật là:5.10 mà 13 có 10 electron đến B nên phần trăm electron quang điện bứt 13 khỏi A mà không đến B là: 13 5.10 10  0,8  80% 13 5.10 Câu 68 D - Số photon đập vào catot giây là: n p  P 11,32.1015 hc - Số electron bật khỏi catot giây là: ne  I bh  6,25.1015 e - Hiệu suất quang điện: H  ne np Câu 69 C - Năng lượng photon ánh sáng:   J hc  6,625.1019  - Áp dụng công thức cường độ dòng quang điện bão hòa: I  ne e => Số electron bật đến anot 1s là: ne  I 16 1,125.10 e - Mà hiệu suất lượng tử H  ne 100%  n p  1,125.1018 np - Công suất xạ mà catot nhận là: P  n p  Câu 70 D - Cường độ dòng quang điện bão hòa toàn electron quang điện bật q eN e bay hết anot Ta có I bh  (1)  t t - Công suất chiếu sáng lượng photon đến catot tính  N hfN p P t đơn vị thời gian, ta có  p t (2) - Theo giả thiết, photon đến giải phóng electron quang điện nên: N p  Ne (3) P - Từ (1), (2), (3) được: I bh  e hf Mặt khác: hf  A  eU mv  hc  h 0 eP0  I bh  hc  eU h0 Câu 71 B n Ta có: H  e np ,n  I ,n  e P H I ,H' p  e eP Theo giả thiết ta có: P'  P  20%P 1,2P , H'   I '  1,1I eP ' e.1,2P Nên hiệu suất giảm Câu 72 C  11 HH'H 12 H H  H '  H H  I' eP ' I '  I 10%I 1,1I - Khi bay vào v ng từ trường theo hướng vng góc với đường cảm ứng từ, lực từ trường tác dụng lên electron buộc electron chuyển động tròn Lực Lorenxo đóng vai trò lực hướng tâm nên mv FL  Fht  eBv.sin   mv  eB  R R - Vì bán kính electron cực đại nên chúng có vận tốc ban đầu eBRmax cực đại  vo max  m - Thay giá trị vào công thức Einstein: Câu 73 B hc hc   mv0 max    0 - Điều kiện triệt tiêu dòng quang điện: Uh e  me vo 2max  vo max  eU h me - Khi electron bay từ trường theo quỹ đạo tròn lực Lonrenxo đóng m v m ve o max   vai trò lực hướng tâm Ta có: B e v  e o max R o max max Rmax B Câu 74 A - Từ công thức Einstein: hc   A mvo max  v max - Vì electron mang điện âm nên lực điện tác dụng lên nguộc chiều với vecto cường độ điện trường Lực ngược chiều với chiều chuyển động không đổi nên làm cho electron chuyển động chậm dần với gia F e.E tốc: a   m m 2 v  v0 v  - Quãng đường electron là: s  2a 2a Câu 75 B - Để electron khơng bị lệch hướng mơi trường có điện trường từ trường lực điện trường lực Lorenxo tác dụng vào electron ngược chiều có độ lớn (Hình 2.1), ta có: eE  eBv0 max  v0max - Từ công thức Einstein: hc   A Hình 2.1 2hc mvo2max    2A  mvo2 max Câu 76 A - Electron chuyển động vùng từ trường có 30 nên quỹ đạo quang electron quỹ đạo xoắn ốc - Bán kính quỹ đạo xoắn là: mvn mv.sin R  0,0167m   eB eB Hình 2.2 Câu 77 A - Từ công thức Einstein: hc  A mvo max  v max - Khi electron chuyển động thẳng vùng có điện trường từ trường lực điện trường lực Lorenxo phải cân nhau: U e  B.v max e  U  Bv0 max d d Câu 78 B - Với electron bay theo phương Ox cho tầm xa lớn (Hình 2.3) - Ta có: vx  v,vy  { - Khi đến dương td Hình 2.3 2m 2m 2mv  Rmax  x  vd d eU AK eU AK eU AK 2.2 Hiện tượng quang điện Câu 79 D Câu 80 B Câu 81 B Câu 82 C Câu 83 D Câu 84 A Câu 85 B Câu 86 B Câu 87 A Câu 88 B Câu 89 D Câu 90 D Câu 91 C Câu 92 B Câu 93 A Hiện tượng quang dẫn không xảy f Câu 94 C 14 f0=4,8.10 Hz Câu 95 C 2.3 Hiện tượng quang- phát quang Câu 96 C Câu 97 D Câu 98 B Câu 99 D Câu 100 A Câu 101 D Câu 102 B Câu 103 D Câu 104 D Câu 105 C Câu 106 D Câu 107 C Câu 108 B Câu 109 B Câu 110 A Câu 111 D Câu 112 A Câu 113 A Câu 114 A Câu 115 B Câu 116 C Câu 117 A Câu 118 A Áp dụng công thức (1.22) Câu 119 C Áp dụng công thức (1.12) P  n  nhf n hc   Nhc t Câu 120 C Áp dụng công thức (1.12) Câu 121 B Áp dụng công thức (1.12) Ta có: = 1,2 Câu 122 B Áp dụng cơng thức (1.12) N hc Áp dụng công thức P  n  N P t t  hc Câu 123 B Áp dụng công thức (1.29) N   20% kt  pq pq H  20%  Npq N kt kt pq N kt Câu 124 B Ta có: Câu 125 A N pq N kt  Ppq  pq Pkt  kt  1,5% 0,3 0,  40 N  pq N kt P  pq  pq Pkt kt Ta có: P  pq n pqhc  0,01.P kt  pq n pqhc  n   pq  P pq.pq hc pq 2.4 Hiện tượng tán xạ Compton Câu 126 D Câu 127 B Câu 130 A Câu 128 A Câu 129 A Áp dụng cơng thức (1.23) Câu 131 D Có lượng photon tới:   hc  Áp dụng công thức (1.23) được: hc  '   c (1  cos )  c   Câu 132 C Áp dụng công thức: c      hc  (1 cos )  cos     50 22' hc  c 2 sin  c  Câu 133 D ( Áp dụng cơng thức: Theo định luận bảo tồn lượng: hc   m 0c  hc hc  mc   K  m0 c  K ' ' Câu 134 A - Hình 1.4 - Ta có độ dời Compton:  '   k (1 cos )  p ' 1   c  c (1 cos )  1  p' - Áp dụng định lí hàm sin ta có:  (1 cos ) sin   sin  pe p' (1) Hình 2.4 2 p  p  ep ' - Áp dụng định lí hàm cos ta có: cos  2.p.pe - Lại có: pe2  p  p '2  pp 'cos  cos   'cos p p (2) pe p  cos c   p'  - Từ (1) (2) ta được: cot   1 tan    sin    Câu 135 C Hình 2.5 - Ta có độ dời Compton:  '   k (1 cos )  p ' 1   c (1 cos )  1   p' c (1 cos )  - Áp dụng định luật bảo toàn lượng ta có:    ' K    2 K  K (1) 2 ' - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có: uur 2 (2) p  p' c  p 2c  p 2c  pp c cos e  e e - Lại có: p 2c2  K  (3) 2KE Hình 2.5 - Từ (1), (2), (3) được: 2m 0c K       tan    c   1 KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua chương 2, khóa luận hệ thống phân dạng dạng tập trắc nghiệm (có đáp án) phần “Quang học lượng tử” gồm: - Trắc nghiệm tượng quang điện Thuyết lượng tử ánh sáng Công thức Einstein - Hiện tượng quang điện - Hiện tượng quang- phát quang - Hiện tượng tán xạ Compton Việc giải toán phức tạp trở nên dễ dàng biết phân tích tốn, áp dụng cơng thức tính tốn dạng tập KẾT LUẬN CHUNG Sau thời gian tích cực tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu với hướng dẫn tận tình TS Phan Thị Thanh Hồng, em hoàn thành đề tài nghiên cứu mình, khóa luận đạt yêu cầu sau: - Hệ thống lại kiến thức phần “Quang học lượng tử” - Hệ thống phân dạng câu hỏi tập trắc nghiệm phần “Quang học lượng tử” - Đáp án câu hỏi tập trắc nghiệm phần “Quang học lượng tử” - Hướng dẫn giải số câu hỏi tập trắc nghiệm phần “Quang học lượng tử” Như vậy, đề tài đạt mục đích đề Tuy nhiên, q trình nghiên cứu thực đề tài không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận góp ý thầy cô tổ môn để đề tài hoàn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lương Duyên Bình (chủ biên), Vũ Quang, Nguyễn Thượng Chung, Tơ Giang, Trần Chí Minh, Ngơ Quốc Quỳnh (2008), Vật lí 12, Nhà xuất Giáo dục [2] Huỳnh Huệ (1991), Quang học, Nhà xuất giáo dục [3] Vũ Thanh Khiết (1993), tập vật lí đại cương tập 2, Nhà xuất giáo dục [4] Vũ Quang (chủ biên), Lương Dun Bình, Tơ Giang, Ngơ Quốc Quỳnh (2008), Bài tập vật lí 12, Nhà xuất Giáo dục [5] Nguyễn Anh Vinh (2011), Cẩm nang ôn luyện thi đại học mơn vật lí tập2, Nhà xuất đại học sư phạm [6] Đề thi tuyển sinh đại học khối A năm Các trang web: [7] https://tailieu.vn [8] http://thuvienvatly.com [9] http://vatly247.com ... dựng câu hỏi tập trắc nghiệm Quang lượng tử - Tổng hợp kiến thức thu để viết khóa luận Đóng góp đề tài Sưu tầm, xây dựng cách có hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm khách quan (có đáp án) phần Quang. .. Chương HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM 2.1 Trắc nghiệm tượng quang điện Thuyết lượng tử ánh sáng Công thức einstein Câu 1: Hiện tượng quang điện A tượng ánh sáng làm bật electron khỏi mặt... HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM 12 2.1 .Trắc nghiệm tượng quang điện Thuyết lượng tử ánh sáng Công thức Einstein 12 2.2 Hiện tượng quang điện 29 2.3 Hiện tượng quang-