BÀI TẬP CHƯƠNG LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

Nguyễn Hữu Nghĩa – THPT Lục Ngạn 4 –Bắc Giang ----------------- Website: Xomcodon.tk BÀI TẬP CHƯƠNG LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG ∗ Dạng 1: Tính các đại lượng cơ bản (công thoát A, v 0max , P, i bh , U h , H…) I. Tóm tắt công thức: 1. Lượng tử ánh sáng có năng lượng: ε = hf = h λ c Với hằng số Plăng h =6,625.10 -34 J.s, vận tốc ánh sáng c = 3.10 8 m/s 2. Phương trình Anhxtanh: ε = hf = h λ c = A + W 0đmax = A + 2 1 m 2 0max v A: công thoát phụ thuộc vào bản chất của kim loại W 0đmax = 2 1 m 2 0max v là động năng ban đầu cực đại của quang electron. 3. Giới hạn quang điện: λ 0 = h A c → điều kiện để xẩy ra hiện tượng quang điện là λ ≤ λ 0 4. Công suất bức xạ của nguồn sáng: P = Nε = N.h λ c Với N: là số photon phát ra trong 1 giây từ một đơn vị của diện tích của nguồn sáng. 5. Cường độ dòng quang điện bảo hòa: i bh = n.e Với n là số quang electron bật ra sau một giây. 6. Hiệu suất lượng tử: H = N n 100% 7. Điều kiện để dòng quang điện triệt tiêu: e.U h = 2 1 m 2 0max v → e.U h = ε - A = hf – A Chú ý: + 1 eV = 1,6.10 -19 J + U h = - U AK II. Bài tập áp dụng: 1. Tính năng lượng của các photon ứng với các ánh sáng có bước sóng 0,76 µm và 400 nm. 2. Giới hạn quang điện của Vonfam là 0,275 µm. a. Hỏi khi chiếu ánh sáng trắng vào vonfam thì có hiện tượng quang điện xẩy ra không? Giải thích? b. Tính động năng ban đầu cực đại của electron quang điện khi bức xạ chiếu vào có bước sóng 0,18 µm ? c. Tính vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện ? 3. Biết công thoát của electron ra khỏi bề mặt của nhôm và kali lần lượt là 3,45 eV và 2,25 eV. Chiếu chùm sáng có tần số 7.10 8 MHz lần lượt vào hai bản kim loại nhôm và kali. a. Hiện tượng quang điện xẩy ra với bảng kim loại nào? b. Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang electron nếu có hiện tượng quang điện? 4. Chiếu bức xạ λ = 0,2 µm vào một tấm kim loại. Các electron bắn ra có động năng cực đại bằng 2,5 eV. Hỏi khi chiếu vào tấm kim loại đó lần lượt 2 bức xạ λ 1 = 0,6 µm và λ 2 = 0,3 µm thì có hiện tượng quang điện xẩy ra với bức xạ nào? Nếu có, hãy tính vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện đó. 5. Cho biết giới hạn quang điện của Xesi là 6600 A 0 . a. Tính công thoát của electron ra khỏi bề mặt Xesi. b. Một tế bào quang điện có catot làm bằng xesi, chiếu ánh sáng có bước sóng λ =0,5 µm vào catot. Tính hiệu điện thế giữa anot và catot để cường độ dòng quang điện bằng không. 6. Cho biết công thoát của đồng là 4,47 eV. Chiếu bức xạ λ = 0,14 µm vào một quả cầu bằng đồng đặt xa các vật khác thì quả cầu tích điện đến điện thế cực đại là bao nhiêu? 7. Chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,405 µm vào bề mặt catot của một tế bào quang điện tạo ra một dòng điện có cường độ bão hòa. Người ta có thể làm triệt tiêu dòng quang điện này bằng một hiệu điện thế hãm U h = 1,26 V. 1 Nguyễn Hữu Nghĩa – THPT Lục Ngạn 4 –Bắc Giang ----------------- Website: Xomcodon.tk a. Tìm vận tốc ban đầu cực đại của quang electron. b. Tìm công thoát của electron thoát ra khỏi bề mặt kim loại dùng làm catot. c. Cho biết cường độ bão hòa là 5 mA, tính số electron quang điện thoát ra trong 1 s. d. Cho công suất chiếu sáng lên catot là 1,5 W. Tính hiệu suất lượng tử của tế bào quang điện. 8. Một tế bào quang điện có catot làm bằng kim loại có giới hạn quang điện λ 0 = 0,578 µm. a. Tính công thoát của electron ra khỏi kim loại trên. b. Chiếu vào tế bào quang điện ánh sáng có bước sóng λ = λ 0 , tính vận tốc của electron quang điện khi đến anot biết rằng hiệu điện thế giữa anot và catot bằng 45 V. 9. Khi chiếu vào catot của một tế bào quang điện một bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,1084 µm và khi hiệu điện thế giữa anot và catot là U AK = - 2V thì cường độ dòng quang điện bằng 0. a. Xác định giới hạn của kim loại dùng làm catot. b. Nếu chiếu vào catot của tế bào quang điện một bức xạ có bước sóng λ’ = λ/2 mà vẫn duy trì hiệu điện thế giữa anot và catot là U AK = - 2V thì động năng cực đại của các electron khi bay sang đến anot là bao nhiêu? 10. Khi chiếu bức xạ có bước sóng 0,405 µm vào bề mặt của tế bào quang điện ta có dòng quang điện bảo hòa có cường độ i bh ta có thể làm triệt tiêu dòng này với hiệu điện thế hãm U h = 1,26V. a. Tìm vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện. b. Tìm công thoát của electron đối với kim loại làm catot. c. Giả sử hiệu suất lượng tử là 100% thì đo được i bh = 49 mA. Tính số photon đập vào catot mỗi giây và công suất bức xạ của nguồn. 11. Một đèn phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,40 µm được dùng để chiếu vào tế bào quang điện công thoát A = 2,26 eV. a. Tính giới hạn quang điện. b. Tính vận tốc cực đại của quang electron bật ra. c. Bề mặt của catot nhận được công suất P = 3mW, cường độ dòng quang điện bảo hòa là 6,43.10 -6 A. Tính hiệu suất lượng tử và hiệu điện thế hãm. ∗ Dạng 2: Sự tích điện của quả cầu khi được chiếu sáng (điện thế cực đại V max ) I. Tóm tắt công thức: Khi các photon bức quang electron ra khỏi quả cầu thì: + quả cầu tích điện dương tăng dần làm xuất hiện điện trường E  cản trở chuyển động của quang electron. + Điện tích của quả cầu tiếp tục tăng → điện trường E  tiếp tục tăng đến một lúc nào đó điện trường đủ lớn buộc electron quay trở lại quả cầu → quả cầu tích điện thế cực đại V max . eV max = 2 1 m 2 0max v = W 0đmax Mà h λ c = A + W 0đmax = A + 2 1 m 2 0max v ⇒ h λ c = A + eV max ⇒ V max = e A - c h λ II. Bài tập áp dụng: 1. Người ta chiếu bức xạ λ = 0,14 µm vào quả cầu bằng đồng đặt cô lặp với các vật khác thì quả cầu sẽ tích được điện thế cực đại là bao nhiêu nếu biết công thoát đối với đồng là 4,47 eV. 2. Catot của một tế bào quang điện làm bằng kim loại có công thoát A = 7,23.10 -19 J. a. Tìm giới hạn quang điện của kim loại đó. b. Một tấm kim loại cô lặp đó được chiếu bằng hai bức xạ đồng thời có tần số và bước sóng lần lượt là f 1 =1,5.10 15 Hz và 0,18 µm. Tìm điện thế cực đại trên tấm kim loại đó. c. Khi chiếu bức xạ có tần số f 1 trên vào tế bào quang điện nói trên để không có 1 electron nào bay về anot thì hiệu điện thế giữa anot và catot phải như thế nào? ∗ Dạng 3: Điện tích chuyển động trong từ trường B  I. Tóm tắt công thức: - Lực Lorentz: xuất hiện khi hạt mang điện q chuyển động với vận tốc v trong từ trường B  . 2 Nguyễn Hữu Nghĩa – THPT Lục Ngạn 4 –Bắc Giang ----------------- Website: Xomcodon.tk f = qvBsinα f ⊥ v  , α = ( B  , v  ) - Lực Lorentz đóng vai trò là lực hướng tâm: m R v 2 = ev.B - Nếu electron có v 0max thì R = R max II. Bài tập áp dụng: 1. Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng λ = 0,56 µm vào catot của tế bào quang điện. a. Biết rằng cường độ dòng quang điện bảo hòa là 2mA, tính xem trong mỗi giây có bao nhiêu electron quang điện được giải thoát. b. Dùng màn chắn tách một chùm tia hẹp các quang electron, rồi hướng chúng vào vùng có từ trường đều B = 7,46.10 -5 T, sao cho B  vuông góc với phương ban đầu của vận tốc của quang electron. Ta thấy quỹ đạo của các quang eletron trong từ trường đều là các đường tròn mà bán kính cực đại là 2,5 cm. - Chứng tỏ quang eletron chuyển động tròn đều và chỉ rõ chiều chuyển động của chúng. - Tìm vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron. - Tính giới hạn quang điện. 2. Công thoát của một tế bào quang điện được phủ một lớp Cs có công thoát 1,9 eV. Catot được chiếu sáng bởi ánh sáng có bước sóng λ = 0,56 µm. a. Xác định giới hạn quang điện của Cs. b. Dùng màn chắn tách một chùm hẹp các electron quang điện rồi hướng chúng vào vùng có từ trường đều B =6,1.10 -5 T, B  ⊥ v  . Hãy xác định bán kính cực đại quỹ đạo của electron. ∗ Dạng 4: Quang electron chuyển động trong điện trường E  I. Tóm tắt công thức: - Lực điện từ: F  = q. E  - Điện trường đều: E = d U 1. Tính khoảng cách x tối đa mà electron rời xa được bản cực khi chuyển động trong điện trường: - Công của lực điện trường: A = - Fx = - eEx Mà A = 2 1 mv 2 - 2 1 mv 0 2 → eEx = 2 1 mv 0 2 - 2 1 mv 2 2. Tính bán kính lớn nhất của vùng trên bề mặt anot mà các electron tới đập vào: - Khi các quang electron bật ra khỏi catot chịu lực điện trường thì thu gia tốc a = m F = m eE - Xét trục tọa độ xOy: + x = v 0max t = R max → t = 0max max v R + y = m eE t 2 = d ( với d là khoảng cách giữa hai bản cực) ⇒ d = m eE . 2 0max 2 max v R II. Bài tập áp dụng: 1. Một điện cực phẳng bằng nhôm được rọi bức sạ tử ngoại có bước sóng λ= 83 nm. Eletron quang điện có thể rời xa điện cực một đoạn tối đa là bao nhiêu nếu điện trường đều cản lại chuyển động của electron có độ lớn E = 7,5V/cm. Giới hạn quang điện của kim loại là λ 0 = 332 nm. 2. Khi rọi vào catôt phẳng của một tế bào quang điện bức xạ có bước sóng λ = 0,33 µm thì có thể làm dòng quang điện triệt tiêu nếu U AK ≤ -0,3125 V. a. Xác định giới hạn quang điện. 3 Nguyễn Hữu Nghĩa – THPT Lục Ngạn 4 –Bắc Giang ----------------- Website: Xomcodon.tk b. Anot của tế bào quang điện có dạng bảng phẳng song song với catôt đặt đối diện và cách catot d = 1 cm. Khi rọi chùm bức xạ rất hẹp vào tâm của catot và đặt hiệu điện thế U AK = 4,55 V giữa anot và catot thì bán kính lớn nhất của vùng trên bề mặt anot mà các electron tới đập vào là bao nhiêu? ∗ Dạng 5: Bài tập về tia X I. Tóm tắt công thức: - Cường độ dòng qua ống I = ne (với n là số eletcron phát ra sau 1 giây ) - Năng lượng photon của tia X có năng lượng ε max tức λ min là photon hấp thụ trọn vẹn động năng của electron: ε max =h.f max = min hc λ = 2 1 mv 2 (1) (với 2 1 mv 2 là động năng của electron đối với catot ) - Công của lực điện trường: A = 2 1 mv 2 - 2 1 m 2 0 v và A = eU AK ⇒ eU AK = 2 1 mv 2 - 2 1 m 2 0 v → Nếu bỏ qua 2 1 m 2 0 v thì: eU AK = 2 1 mv 2 (2) ⇒ Từ (1), (2) ta được: eU AK = ε max - Công thức nhiệt lượng: Q = cm(t 2 – t 1 ) với c là nhiệt dung riêng. II. Bài tập áp dụng: 1. Biết hiệu điện thế giữa anot và catot của ống Rơnghen là U = 12 KV. Hãy tìm bước sóng nhỏ nhất của tia X do ống phát. 2. Trong một ống tia Rơnghen cường độ dòng điện qua ống là 0,8 µA, hiệu điện thế giữa anot và catot là 1,2 KV. a. Tìm số electron đập vào catot trong 1 giây. Vận tốc của electron đó là bao nhiêu? b. Tìm bước sóng nhỏ nhất của tia X mà ống đó có thể phát ra. c. Đối catot là một bản platin có S = 1 cm 2 dày 2 mm. Giả sử toàn bộ động năng của electron đập vào đối catot dùng để đốt nóng bản platin. Hỏi sau bao lâu nhiệt độ bản tăng thêm 1000 0 C, biết khối lượng riêng của Platin là D = 21.10 3 Kg/m 3 và nhiệt dung riêng là c = 0,12 KJ/Kg.độ. 3. Một ống Rơnghen phát ra chùm tia có bước sóng ngắn nhất là 5.10 -11 m. a. Tính hiệu điện thế giữa hai cực của ống và động năng cực đại các electron tới đập vào đối catot. Tính số electron đập vào đối catot sau mỗi giây cho biết cường độ dòng điện qua ống là 0,01A. b. Người ta làm nguội đối catot bởi một dòng nước lạnh mà nhiệt độ lúc ra khỏi ống lớn hơn nhiệt độ lúc vào là 40 0 C. Tính khối lượng nước chảy qua đối catot sau mỗi phút. Biết nhiệt dung riêng của nước 4,186 KJ/Kg.độ. ∗ Dạng 6: Mẫu nguyên tử Bo và quang phổ nguyên tử Hydro I. Tóm tắt công thức: 1. Tiên đề Bo - Quang phổ nguyên tử Hiđrô * Tiên đề Bo: ε = h.f mn = E m – E n = mn hc λ ( với m > n ) * Bán kính quỹ đạo dừng thứ n của electron trong nguyên tử hiđrô: r n = n 2 r 0 Với r 0 =5,3.10 -11 m là bán kính Bo (ở quỹ đạo K) * Năng lượng electron trong nguyên tử hiđrô: 2 13,6 ( ) n E eV n = - Với n ∈ N * . 4 Laiman K M N O L P Banme Pasen H α H β H γ H δ n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 hf mn hf mn nhận phôtôn phát phôtôn E m E n E m > E n Nguyễn Hữu Nghĩa – THPT Lục Ngạn 4 –Bắc Giang ----------------- Website: Xomcodon.tk * Sơ đồ mức năng lượng: - Dãy Laiman: Nằm trong vùng tử ngoại Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo K E n – E 1 = 1 hc n λ với n > 1 Lưu ý: Vạch dài nhất λ LK khi e chuyển từ L → K Vạch ngắn nhất λ ∞ K khi e chuyển từ ∞ → K. - Dãy Banme: Một phần nằm trong vùng tử ngoại, một phần nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo L E n – E 2 = 2 hc n λ với n > 2 Vùng ánh sáng nhìn thấy có 4 vạch: đỏ , lam, chàm, tím. Lưu ý: Vạch dài nhất λ ML (Vạch đỏ H α ), vạch ngắn nhất λ ∞ L khi e chuyển từ ∞ → L. - Dãy Pasen: Nằm trong vùng hồng ngoại. Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo M. E n – E 3 = 3 hc n λ với n > 3 Lưu ý: Vạch dài nhất λ NM khi e chuyển từ N → M, Vạch ngắn nhất λ ∞ M khi e chuyển từ ∞ → M. Mối liên hệ giữa các bước sóng và tần số của các vạch quang phổ của nguyên từ hiđrô: 13 12 23 1 1 1 λ λ λ = + và f 13 = f 12 +f 23 (như cộng véctơ) II. Bài tập áp dụng: 1. Xác định bán kính quỹ đạo Bo thứ 2, 3 và tính vận tốc các electron trên các quỹ đạo đó. 2. Biết bước sóng của 4 vạch trong dãy banme là λ α = 0,595µm, λ β = 0,480µm, λ γ = 0,434µm , λ δ = 0,410µm. Tìm bước sóng ứng với 3 vạch đầu tiên của dãy Passen thông qua các bước sóng trên. 3. Bước sóng vạch quang phổ đầu tiên trong dãy laiman là λ 0 = 122nm, của vạch H α và H β trong dãy Banme lần lượt là λ 1 = 656nm, λ 2 = 486nm. Tính bước sóng của vạch quang phổ thứ 2 trong dãy laiman và vạch đầu tiên trong dãy passen. 4. Biết bước sóng ứng với hai vạch đầu tiên trong dãy Laiman của quang phổ nguyên tử hydro là λ 1 = 0,122µm, λ 2 = 103nm. Biết mức năng lượng của trạng thái kích thích thứ 2 là -1,51 eV. a. Hãy tìm bước sóng của vạch H α trong quang phổ nhìn thấy của nguyên tử hydro. b. Tìm mức năng lượng của trạng thái cơ bản và của trạng thái kích thích thứ nhất (theo đơn vị eV). 5. Các mức năng lượng của nguyên tử hydro được xác định bởi công thức 2 13,6 ( ) n E eV n = - , với n là những số nguyên. a. Khi kích thích nguyên tử hydro ở trạng thái cơ bản bằng việc hấp thụ photon có năng lượng thích hợp thì bán kính quỹ đạo dừng của electron tăng lên 9 lần. Tìm các bước sóng khả dĩ của bức xạ mà nguyên tử có thể phát ra. b. Khi lần lượt chiếu vào nguyên tử hydro ở trạng thái cơ bản các bức xạ mà photon có năng lượng 6eV; 12,75eV; 18eV trong mỗi trường hợp đó nguyên tử hydro có hấp thụ photon không? Và nếu có thì chuyển lên trạng thái nào ? c. Nguyên tử hydro đang ở trạng thái cơ bản va chạm với electron có năng lượng 10,6 eV. Trong quá trình tương tác giả sử nguyên tử đang đứng yên và chuyển lên trạng thái kích thích đầu tiên thì tìm động năng của electron sau va chạm. 6. Cho một chùm electron va chạm với các nguyên tử hydro ở trạng thái bình thường. Để kích thích chúng: a. Tìm vận tốc cực tiểu của các electron sao cho có thể làm xuất hiện tất cả các vạch phổ bức xạ của nguyên tử hydro. b. Muốn cho quang phổ hydro chỉ có một vạch thôi thì năng lượng electron phải nằm trong khoảng nào? 5 Nguyễn Hữu Nghĩa – THPT Lục Ngạn 4 –Bắc Giang ----------------- Website: Xomcodon.tk BÀI TẬP TỔNG HỢP 1. Một đèn phát ánh sáng đơn sắc có λ = 0,4 µm rọi vào kim loại có công thoát 2,26 Ev. Bề mặt catot nhận được công có suất chiếu sáng là P = 3mW. Cường độ dòng quang điện bảo hòa là 6,43 µA. Tính hiệu suất lượng tử. 2. Khi chiếu lần lượt các bức xạ có tần số f 1 = 2,2.10 15 Hz và f 2 = 2,538.10 15 Hz vào tế bào quang điện thì electron bị giữ lại bởi hiệu điện thế hãm U 1 = 6,6V, và U 2 = 8 V. a. Tìm hằng số Plăng và giới hạn quang điện. b. Khi chiếu đồng thời λ 1 = 0,4 µm và λ 2 = 0,56 µm vào kim loại trên thì hiện tượng quang điện có xẩy ra không? Tìm điều kiện để dòng quang điện triệt tiêu? 3. Catot của tế bào quang điện là Cs có công A = 1,9 eV, ánh sáng tới có bước sóng λ = 0,56 µm. a. Tìm giới hạn quang điện của Cs. b. Tách dòng hẹp quang electron bắn ra từ Cs, cho vào từ trường đều B  sao cho vận tốc vuông góc với B  , cho B =6,1.10 -5 T. Tìm bán kính cực đại của quang electrong trong từ trường. 4. Giơ ́ i hạn quang điện của Kali là 0,55µm. Chiếu vào Kali một ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,33µm. Tìm công thoát của electron khỏi Kali va ̀ hiệu điện thế hãm cần đập vào giữa anốt và catốt để dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn. 5. Khi chiếu bức xạ có bước sóng λ 1 =0,2µm vào một tấm kim loại thì các quang electron bật ra và có vận tốc đầu cực đại là 6,5.10 5 m/s. Hỏi khi chiếu lần lượt vào tấm kim loại đó hai bức xạ λ 2 =0,1µm và λ 3 =0,6µm thì có hiện tượng quang điện không? Nếu có thì vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron. 6. Chiếu các bức xạ λ 1 = 0,35µm và λ 2 = 0,54µm vào một tế bào quang điện, người ta nhận thấy vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện khác nhau 2 lần. Hãy xác định giới hạn quang điện của catôt kim loại. (λ 0 = 0,66µm) 7. Một kim loại có giới hạn quang điện λ 0 = 0,6µm, nhận một chùm sáng đơn sắc λ = 0,4µm. a. Hỏi có xảy ra hiện tượng quang điện hay không? b. Tính công thoát của electron khỏi bề mặt kim loại ra Jun và eV.( A =3,31.10 -19 J = 2,07eV) c. Tính vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện.( 606Km/s.) 8. Một tế bào quang điện có catôt làm bằng Xêdi (Cs). Công thoát của electron khỏi Xêdi là 1,9eV. Chiếu vào catôt của tế bào quang điện này ánh sáng có bước sóng 0,4µm. a. Tính giới hạn quang điện của Xêdi.( λ 0 = 0,654µm ) b. Tính vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện trong trường hợp này.( v 0 = 6,5.10 5 m/s ) c. Muốn cho dòng điện trong thí nghiệm trên triệt tiêu hoàn toàn thì phải đặt giữa anốt và catốt một hiệu điện thế hãm bằng bao nhiêu ? (| U h | = 1,2V) 9. Một tế bào quang điện có catốt làm bằng Natri ( có giới hạn quang điện là 0,5µm). Chiếu vào catốt của một tế bào quang điện này ánh sáng trắng có bước sóng 0,4µm ≤ λ ≤ 0,75µm. Hỏi trong mạch có dòng quang điện không? Nếu có hãy tính động năng ban đầu cực đại của electron quang điện bứt ra. ĐS : Có ; E đ0max = 9,93.10 -20 J. 10. Chiếu chùm bức xạ có bước sóng λ=2000A 0 vào một tấm kim loại , các electron bức ra có động năng ban đầu cực đại là 5eV. Hỏi khi chiếu vào tấm kim loại đó lần lượt 2 bức xạ có bước sóng là 16000A 0 và 1000A 0 thì có hiện tượng quang điện xảy ra không ? Nếu có tính động năng ban đầu cực đại của quang electron bức ra. 11. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt một ống tia Rơnghen là 200kV. a. Tính động năng của electron khi đến đối catốt. (E đmax = 3,2.10 -14 J) b. Tính bước sóng ngắn nhất của tia Rơnghen mà ống đó có thể phát ra. (λ min = 6,2.10 -12 m) 12. Dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ 1 = 0,4µm chiếu vào catôt của một tế bào quang điện. Khi đặt vào anôt và catôt của tế bào quang điện này một hiệu điện thế hãm U h1 = -2V thì dòng quang điện triệt tiêu. Hỏi dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ 2 = 0,2µm thì hiệu điện thế hãm U h2 có giá trị bằng bao nhiêu? Tính tỉ số vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện trên hai trường hợp trên. ĐS : U h2 = -5,1V ; = 1,6 6 1 2 v v Nguyễn Hữu Nghĩa – THPT Lục Ngạn 4 –Bắc Giang ----------------- Website: Xomcodon.tk 13. Chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0,56µm vào catôt của một tế bào quang điện, electron thoát ra từ catôt có động năng ban đầu thay đổi từ 0 đến 5,38.10 -20 J. a. Nếu thay bức xạ khác có bước sóng λ 1 = 0,75µm thì có xảy ra hiện tượng quang điện không? Nếu dùng bức xạ có bước sóng λ 2 = 0,405µm thì hiệu điện thế hãm làm triệt tiêu dòng quang điện bằng bao nhiêu ? (U h = -1,18V) 14. Khi chiếu vào catốt của một tế bào quang điện một bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,1584µm thì hiệu điện thế hãm là U AK = -2V. a. Xác định giới hạn của quang điện của kim loại làm catốt. (λ o = 0,2643µm) b. Nếu chiếu vào catốt của tế bào quang điện đó một bức xạ có bước sóng λ’= 2 λ và vẫn duy trì hiệu điện thế giữa anốt và catốt là U AK = -2V thì động năng cực đại của các quang êlectrôn khi bay sang đến anốt là bao nhiêu? (W d(MAX) = 1,072.10 -18 J) 15. Công thoát của Na là 2,5eV. a. Tìm giới hạn quang điện của Na b. Lần lượt chiếu vào Na các bức xạ λ 1 =2000A 0 và λ 2 =2λ 1 . Bức xạ nào có thể gây ra hiê ̣ n tuợng quang điện? 16. Chiếu bức xạ có tần số 7.108MHz lần lượt vào tấm Nhôm và Kali. Biết giới hạn quang điện của Nhôm và Kali là 0,36µm và 0.55µm. a. Tấm nào sẽ xảy ra hiện tượng quang điện ? b. Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang electron? 17. Catốt của một tế bào quang điện làm bằng Cêxi(Ce) có giới hạn quang điện laλ 0. =0,66µm. Chiếu vào catốt một bức xạ màu vàng có bước sóng λ=0,55µm. a.Tính năng lượng của phôtôn ánh sáng màu vàng. b. Tính vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện? c.Tính vận tốc của electron khi đến Anốt . Biết hiệu điện thế giữa anốt và catốt là 100V. 18. Một tế bào quang điện có catốt làm bằng Xêđi. Biết giới hạn quang điện của Xêđi là 0,66µm. a. Tính công thoát của electron ra khỏi bề mặt catốt. b. Nếu chiếu ánh sáng trắng vào tế bào quang điện thì trong mạch có dòng quang điện không? Giải thích? c. Sử dụng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,66µm, để chiếu vào tế bào quang điện. Xác định vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện. Trong trường hợp này nếu muốn triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện thì phải đặt vào giữa anốt và catốt của tế bào quang điện một hiệu điện thế bằng bao nhiêu? 19. Khi chiếu ánh sáng có bước sóng λ=0,405µm vào catốt của một tế bào quang điện thì nó tạo ra một dòng quang điện bão hoà. Có thể làm triệt tiêu dòng quang điện này bằng một hiệu điện thế hãm có giá trị là 1,26V. a. Tìm vận tốc ban đầu cực đại của quang electron? b. Tính công thoát của electron ra khỏi bề mặt catốt? c. Giả sử cứ mỗi phôtôn đến đập vào catốt làm bức ra một electron. Tìm giá trị của cường độ dòng bão hoà I, biết công suất của chùm bức xạ trên là 1,5W. 20. Chiếu một ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ=0,55µm vaò một tế bào quang điện có catốt làm bằng Xêđi (Cs) có công thoát là 1,8eV . a. Hỏi có hiện tượng quang điện xảy ra không ? Tại sao ? b. Biết hiệu điện thế giữa anốt và catốt là 90V. Tính vận tốc của electron khi đến anốt . 21. Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ=0,6µm sẽ phát ra bao nhiêu phôtôn trong 1s nếu công suất phát xạ của đèn là 10W. 22. Chùm sáng chiếu đến catốt của một tế bào quang điện có công suất 1W và bước sóng 0,4µm. a. Tính năng lượng của một phôtôn ra đơn vị eV? b. Tìm số phôtôn đập vào catốt trong một giây . c. Tìm cường độ dòng quang điện bão hoà ,biết hiệu suất lượng tử là 10% và hiệu suất tế bào là 100% 23. Tế bào quang điện có hiệu suất là 100%, được chiếu bằng bức xạ có buớc sóng 0,2µm, công suất chùm bức xạ là 20mW và cường độ dòng điện bão hoà là 1,6mA. Tính số electron bức ra khỏi catốt trong 1s va ̀ hiệu suất lượng tử. 24. Tế bào quang điện có hiệu suất là 100%, khi chiếu chùm ánh sáng có công suất 1,5W, thì cường độ dòng quang điê ̣ n bão hoà là 80mA. Cho hiệu suất lượng tử là 2% a.Tính số electron bức ra khỏi catốt va ̀ số phôtôn tới catốt trong một giây . 7 Nguyễn Hữu Nghĩa – THPT Lục Ngạn 4 –Bắc Giang ----------------- Website: Xomcodon.tk b.Tính bước sóng chùm ánh sáng. 25. Tế bào quang điện có hiệu suất là 50%, khi chiếu chùm ánh sáng có cơng suất 1,2W. Bước sóng 2500A 0 . Hiệu suất lượng tử là 5%. a. Tìm năng lượng 1 phơtơn va ̀ cường độ dòng quang điện bão hồ. b. Tính độ nhạy của tế bào quang điện ( độ nhạy J của tế bào là tỉ số giữa cường độ bão hồ với cơng suất chùm bức xạ chiếu đến catốt. 26. Catốt của một tế bào quang điện làm bằng Ka có cơng thốt là 2,15eV,được chiếu bằng bức xạ có bước sóng 0,25µm. a. Tìm giới hạn quang điện của Ka. b. Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang electron. c. Tính hiệu điện thế hãm đặt vào giữa anốt và catốt để làm triệt tiêu dòng quang điện . 27. Cho giới hạn quang điện của Nhơm là 0,36 µm. Chiếu tới tấm nhơm 1 bức xạ có bước sóng là 0,3µm. Tìm cơng thốt ra đơn vị eV, hiệu điện thế hãm, vận tốc ban đầu cực đại của quang electron bức ra khỏi catốt . 28. Một tấm kim loại được chiếu sáng bằng 1 bức xạ có bước sóng λ thì hiệu điện thế hãm là 4V, khi chiếu bằng bức xạ có bước 2λ thì hiệu điện thế hãm là 0,855V. a. Tính λ? b. Tính cơng thốt và giới hạn quang điện ? c. Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang electron khi chiếu bằng bức xạ λ. 29. Tế bào quang điện có catốt làm bằng Cêxi, hiệu suất tế bào 100%, tế bào được chiếu bằng bức xạ có bước sóng 0,4µm, cường độ dòng bão hồ là 32µA a.Tính năng lượng cuả một photơn b.Tìm cơng suất chùm sáng ,biết hiệu suất lượng tử là 0,1%. c.Biết hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi bước sóng ánh sáng có giá trị tối đa là 0,654 µm.Tìm cơng thốt của Cêxi ,vận tốc ban đầu cưc đại của quang electron và hiệu điên thế giữa anốt và catốt để cường độ dòng quang điện bằng khơng. d. Tìm vận tốc lớn nhất của quang electron khi đến anốt, hiệu điện thế giữa anốt và catốt là 1,5 V. 30. Một kim loại khi chiếu bằng bức xạ có tần số 9,23.10 14 Hz thì các quang electron bức ra một vận tốc đầu cực đại là 8,2.10 5 m/s. a. Tìm giới hạn quang điện của kim loại đó. b.Khi chiếu lần lượt các bức xạ có bước sóng λ 1 =5000A 0 và λ 2 =700A 0 vào tấm kim loại trên thì hỏi bức xạ nào cho hiện tượng quang điện xảy ra. Tìm vận tốc ban đầu cực đại của quang electron. 31. Tế bào quang điện có catốt làm bằng Kali có cơng thốt là 2,2eV, được chiếu bằng nguồn phát bức xạ λ 1 =0,75µm, λ 2 =0,6; λ 3 =0,5µm. a.Tìm giới hạn quang điện . b. Bức xạ nào trong nguồn có hiện tượng quanh điện xảy ra. c. Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang electron và hiệu điện thế hãm là triệt tiêu dòng quang điện. 32. Một tấm kim loại được chiếu bằng bức xạ a 1 =325nm thì động năng ban đầu cực đại của electron bức ra la ̀ 5,3eV, khi chiếu bằng bức xạ λ 2 =300nm thì động năng ban đầu cực đại là 1,14eV. a.Tìm hằng số Planck va ̀ giới hạn quang điện của kim loại này. b. Chiếu tới kim loại hai bức xạ có bước sóng và 400nm. Tính hiệu điện thế hãm. 33. Giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt của tế bào quang điện là λ 0 =,35µm. a.Tính cơng thốt của electron của kim loại ra đơn vị eV. b.Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron khi chiếu ánh sáng có bước sóng λ=0,3µm. c.Biết cơng suất của nguồn sáng là P=1W và giả thiết cứ 100 phơtơn đập vào catốt thì có 1 electron đến được anốt. Tính cường độ dòng điện bão hồ ? 34. Cơng thốt của Cêsi là 1,6.10 -19 J. a.Tìm giới hạn quang điện của Cêsi. b. Nếu chiếu ánh sáng vàng có bước sóng 4890A 0 thì quang electron thát ra khỏi Cêsi với vận tốc ban đầu cực đại là bao nhiêu? 35. Khi chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng λ=0,405µm vào bề mặt catốt của một tế bào quang điện, tạo ra một dòng điện bão hồ có cường độ. Biết giới hạn quang điện của kim loại làm catốt là λ 0 =0,686µm. a. Tìm cơng thốt . 8 Nguyễn Hữu Nghĩa – THPT Lục Ngạn 4 –Bắc Giang ----------------- Website: Xomcodon.tk b. Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang electron ? c. Giả sử rằng trong trường hợp lí tưởng cứ mỗi phôtôn đập vào mặt catốt làm bứt ra 1 electron. Tìm giá trị của cường độ dòng điê ̣ n bão hoà i, biết công suất của bức xạ trên là 1,5W. 36. Catốt của tế bào quang điện làm bằng Kali có giới hạn quang điện là λ 0 =0,55µm. Tính: a. Công thoát của electron khỏi Kali. b. Động năng ban đầu cực đại của electron bắn ra từ catốt khi chiếu ánh sáng có bước sóng λ=0,5µm. 37. Công thoát của electron của kim loại dùng làm catốt của tế bào quang điện là A=2,588eV. Hỏi khi chiếu vào catốt 2 bức xạ có tần số lần lượt là f 1 =7,5.10 14 Hz và f 2 =5.10 14 Hz thì có xảy ra hiện tượng quang điện không? Nếu có thì tính vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron bức ra khỏi catốt . 38. Công tối thiểu để làm bức electron ra khỏi bề mặt của kim loại là 1,88eV. a. Tìm giới hạn quang điện của kim loại đó. b.Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron bức ra khỏi bề mặt kim loại khi chiếu lần lượt các ánh sáng có bước sóng là λ 1 =0,489µm và λ 2 =0,750µm 39. Công tối thiểu để bứt 1 electron ra khỏi bề mặt kim loại là 2eV. Người ta chiếu ánh sáng có bước sóng 0,42µm vào tấm kim loại ấy được dùng làm catốt của một tế bào quang điện. Để dòng quang điện triệt tiêu ta phải ta phải đặt vào tế bào một hiệu điện thế hãm là bao nhiêu? 40. Khi chiếu một bức xạ có tấn số f 1 =2,2.10 15 Hz vào một kim loại thì có hiện tượng quang điện và các quang electron bắn ra đều bị giữ lại bởi hiệu điện thế hãm U h1 =6,6V, còn khi chiếu bức xạ f 2 =2,538.10 15 Hz vào kim loại đó thì các quang electron bắn ra đều bị giữ lại bởi hiệu điện thế hãm U h2 =8V. a. Xác định hàm số Planck. b. Xác định giới hạn quang điện của kim loại đó. c. Khi chiếu đồng thời hai bức xạ có bước sóng là λ 1 =0,4µm và λ 2 =0,56µm vào kim loại trên thì hiện tượng quang điện có xảy ra không ?Tìm hiệu điện thế hãm của chúng. 41. Công tối thiểu để bức một electron ra khỏi bề mặt của kim loại là 1,88eV. Dùng lá kim loại đó làm catốt trong một tế bào quang điện. Hãy xác định : a. Giới hạn quang điện của kim loại đã cho . b. Vận tốc cực đại của electron bắn ra khỏi mặt kim loại khi chiếu vào đó ánh sáng có bước sóng λ=0,489µm? c. Số electron tách ra khỏi mặt kim loại trong 1 phút với giả thiết rằng tất cả các electron tách ra đều bị hút về anốt và cường độ dòng quang điện đo được là I=0,26mA. d. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của tế bào quang điện sao cho dòng quang điện triệt tiêu. 42. Một tế bào quang điện có anốt làm bằng Cêsi công thoát của electron là A=1.93eV. a. Tính giới hạn quang điện của Cêsi. b. Chiếu vào tế bào quang điện một ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ=0,489µm. Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron khi rời khỏi mặt catốt . c. Phải đặt vào giữa anốt và catốt một hiệu điện thế như thế nào để làm triệt tiêu dòng quang điện . 43. Xác định bước sóng của bức xạ do nguyên tử hyđro phát ra khi nó chuyển từ trạng thái dừng ứng với n=4 về trạng thái dừng ứng với n=2 . 44. Bước sóng của 4vạch H α ,H β , H γ , H δ trong dãy Banme là:λ α =0,656µm,λ β =0,486µm, λ γ =0,434µm , λ δ =0,410µm.Hãy tính bước sóng của 3 vạch quang phổ đầu tiên trong dãy Pasen. 45. Ba vạch quang phổ đầu tiên trong dãy Lyman của nguyên tử hyđto có bước sóng lần lượt là λ 1 =1216A 0 ; λ 2 =1016A 0 ; λ 3 =973A 0 . Hỏi nếu nguyên tử hyđro bị kích thích sao cho electron chuyển lên quỹ đạo N thì nguyên tử có thể phát ra những vạch nào trong dãy Banme? Tính bước sóng của các vạch đó . 46. Vạch quang phổ đầu tiên (có bước sóng dài nhất) của các dãy Laiman, Banme và Pasen trong quang phổ của nguyên tử H có bước sóng lần lượt là 0,122µm; 0,656µm và 1,875µm. Xác định bước sóng của vạch quang phổ thứ 2 của dãy Laiman và dãy Banme. Các vạch đó thuộc miền nào của thang sóng điện từ? ĐS : λ 31 = 0,103µm vùng tử ngoại. λ 42 = 0,486µm vùng ánh sáng thấy được 47. Ba vạch quang phổ đầu tiên trong dãy Laimain của nguyên tử hiđrô có bước sóng λ 1 = 1216A 0 , λ 2 =1016A 0 , λ 3 = 973A 0 . Hỏi nếu nguyên tử hiđrô bị kích thích sao cho electron chuyển lên vị trí N thì nguyên tử có thể phát ra những vạch nào trong dãy Banme? Tính bước sóng λ của các vạch đó. ĐS : λ 32 = 6566,4A 0 ; λ 42 = 4869A 0 9 Nguyễn Hữu Nghĩa – THPT Lục Ngạn 4 –Bắc Giang ----------------- Website: Xomcodon.tk 48. Trong quang phổ của hyđro ,bước sóng của các vạch quang phổ như sau Vạch thứ 1 của dãy lyman:λ 21 =0,121568.Vạch H α của dãy Banme :λ 32 =0,656279µm. Ba vạch đầu tiên của dãy Pasen : λ 43 =1,8751µm ;λ 53 =1,2818µm ;λ 63 =1,0938µm. a.Tính bước sóng của hai vạch quang phổ thứ hai và thứ ba của dãy Lyman b.Tính bước sóng của ba vạch H β , H γ ,H δ của dãy Banme 49. Bước sóng của vạch phổ thứ nhất trong dãy Lyman của quang phổ hyđrô là λ 0 =0,122µm.Bước sóng của ba vạch phổ H α ,H δ ,H γ trong dãy Banme lần lượt là λ 1 =0,656µm ,λ 2 =0,486µm; λ 3 =0,434µm. a.Tính tần số của bốn bức xạ kể trên ? b.Tính bước sóng của hai vạch tiếp theo trong dãy Lyman và hai vạch đầu tiên trong dãy Pasen 50. Vạch thứ hai trong dãy Lyman có bước sóng là λ 31 =0,103µm a.Vạch thứ nhất trong dãy Lyman có bước sóng λ 21 =0,122µm.Chứng tỏ trong dãy Banme có một vạch quang phổ có bước sóng có quan hệ với hai bước sóng nói trên .Tìm bước sóng đó. b.Vạch thứ 3 trong dãy Lyman có bước sóng λ 41 =0,097µm. Chứng tỏ trong dãy Pasen có một vạch quang phổ có bước sóng quan hệ với hai bước sóng λ 31 và λ 41 đã cho . Tính bước sóng đó . 10 . Xomcodon.tk BÀI TẬP CHƯƠNG LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG ∗ Dạng 1: Tính các đại lượng cơ bản (công thoát A, v 0max , P, i bh , U h , H…) I. Tóm tắt công thức: 1. Lượng tử ánh. sóng chùm ánh sáng. 25. Tế bào quang điện có hiệu suất là 50%, khi chiếu chùm ánh sáng có cơng suất 1,2W. Bước sóng 2500A 0 . Hiệu suất lượng tử là 5%.