Gián án BTLượng tử ánh sáng- Tự luận

LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG – HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN Bài tập 1: Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,6 μm sẽ phát ra bao nhiêu phôtôn trong 10s nếu công suất của đèn là P= 10W. Biết h= 6.625.10 -34 Js; c= 3.10 8 m/s. Bài tập 2: Cường độ dòng quang điện bảo hòa là I bh = 0,32 mA. Tính số electron tách ra khỏi catốt của tế bào quang điện trong thời gian t= 20s, biết rằng chỉ có 80% số electron tách ra được chuyển về anốt. Biết e= 1,6.10 -19 C. Bài tập 3: Khi chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,5 μm vào bề mặt catốt của tế bào quang điện tạo ra dòng điện bảo hòa I bh = 0,32A. Công suất bức xạ đập vào catốt là P= 1,5W. Tính hiệu suất lượng tử (là tỉ số giữa electron thoát ra khỏi catốt và số phôtôn rọi lên nó) Biết h= 6,625.10 -34 Js; C= 3.10 8 m/s; e= 1,6.10 -19 C Bài tập 4: Công thoát của kẽm là 3,55eV. Tính giới hạn quang điện của kẽm. Nếu chiếu vào kim loại này ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,4μm (ánh sáng tím), có xảy ra hiện tượng quang điện không? Vì sao? Biết h= 6,625.10 -34 Js; c=3.10 8 m/s. Bài tập 5: Giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt của tế bào quang điện là λ 0 = 0,66 μm (xêdi).Tính: a. Công thoát electron của xêdi. b. Động năng ban đầu cực đại và vận tốc cực đại của các electron quang điện khi bứt ra khỏi catốt, biết ánh sáng chiếu vào có bước sóng λ= 0,5μm. Bài tập 6: Ta chiếu ánh sáng có bước sóng 0,42μm vào catốt của tế bào quang điện. Công thoát của kim loại dùng làm catốt này là 2eV. Để dòng quang điện bắt đầu triệt tiêu ta phải đặt tế bào dưới một hiệu thế hãm là bao nhiêu? Bài tập 7: Một quả cầu bằng đồng cô lập về điện được chiếu bởi bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,14μm . Giới hạn quang điện của đồng là λ 0 = 0,30μm. Tính điện thế cực đại của quả cầu. Bài tập 8: Một điện cực phẳng bằng nhôm được rọi bằng bức xạ tử ngoại có bước sóng λ = 0,083μm. Công thoát của nhôm là A o = 6.10 -19 J. Electrôn quang điện có thể rời xa bề mặt điện cực khoảng tối đa là bao nhiêu nếu ta đặt một điện trường đều cản chuyển động của electrôn có độ lớn E= 7,5V/cm. Bài tập 9: Catốt của tế bào quang điện có công thoát là A o = 5,68.10 -19 J. Chiếu vào catốt bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,25μm. Tách một chùm hẹp các electrôn quang điện và hướng nó vào một từ trường đều B sao cho vận tốc ban đầu maxo V vuông góc với B . Xác định bán kính cực đại của quỹ đạo electrôn khi đi trong từ trường với B= 10 -4 T. Bài tập 10. Catốt của một tế bào quang điện được phủ một lớp kim loại có giới hạn quang điện là λ 0 . Catốt được chiếu sáng bởi một chùm sáng đơn sắc có bước sóng λ<λ 0 . Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các electron quang điện và hướng nó vào một từ trường đều. Với cảm ứng từ B vuông góc với max v của electron. Lập biểu thức để tính bán kính cực đại của các electron đi trong từ trường. Bài tập 11. Một đèn phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ= 0,5.10 -6 m được dung để chiếu vào một tế bào quang điện. Công thoát đối với kim loại dùng làm catốt là A= 1,89eV. a. Tính bước sóng giới hạn của catốt. b. Tính vận tốc cực đại của các electron bị bật ra khỏi catốt. Bài tập 12. Chiếu một ánh sáng có bước sóng 0,489µm lên kim loại Kali (K) dùng làm catốt một tế bào quang điện. Biết hiệu điện thế hãm U h = 0,39V. Tìm công thoát electron và giới hạn quang điện của Kali. Biết cường độ dòng điện bão hòa là 5mA và công suất của ánh sáng chiếu tới là 1,25W. Tìm hiệu suất lượng tử của hiệu ứng quang điện. Bài tập 13. Khi chiếu lần lượt hai bức xạ điện từ có bước sóng λ 1 = 0,25µm; λ 2 = 0,30µm vào một tấm kim loại Z, người ta thấy vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện lần lượt là v 1 = 7,31.10 5 m/s và v 2 = 4,93.10 5 m/s. a. Hãy xác định khối lượng của electron và giới hạn quang điện của Z? b. Chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng λ vào tấm kim loại trên được cô lập về điện thì điện thế cực đại đạt được là 3V. Tính bước sóng của kim loại trên. Bài tập 14. Chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng λ= 0,546µm lên mặt kim loại dùng làm catốt của một tế bào quang điện, ta thu được cường độ dòng điện bão hòa 2mA. Công suất bức xạ điện từ P= 1,515W. a. Tìm tỉ số giữa số electron thoát ra khỏi bề mặt catốt và số photon rọi lên nó trong 1 giây. b. Giả sử các electron đó được tách ra bằng màn chắn để lấy một chùm tia hẹp hướng vào từ trường đều B= 10 -4 T, sao cho B vuông góc với phương ban đầu của vận tốc electron. Biết quỹ đạo chuyển động của electron có bán kính cực đại r= 23,32mm. - Xác định vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện theo các số liệu trên? - Tìm giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt? Bài tập 15. Kim loại dùng làm catốt của một tế bào quang điện có công thoát electron A o = 2,2eV. Chiếu vào catốt một bức xạ điện từ có bước sóng λ. Muốn triệt tiêu dòng quang điện, người ta phải đặt vào anốt và catốt một hiệu điện thế hãm U h = 0,4V. Tính: 1. a. Giới hạn quang điện λ o của kim loại. b. Vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện. 2. Bước sóng và tần số của bức xạ điện từ. Bài tập 16: Khi chiếu lần lượt hai bức xạ điện từ có bước sóng λ 1 = 0,25µm và λ 2 = 0,30 µm vào một tấn kim loại thì vận tốc ban đầu cực đại của quang electron lần lượt V 1 = 7,31.10 5 m/s và V 2 = 4,93.10 5 m/s. Xác định khối lượng electron và giới hạn quang điện của kim loại đó. Biết h= 6,625.10 -34 Js, C= 3.10 8 m/s. Bài tập 17: Kim loại dùng làm catốt của tế bào quang điện có giới hạn quang điện λ o. 1. Lần lượt chiếu tới bề mặt catốt bức xạ có bước sóng λ 1 = 0,35µm và λ 2 = 0,54µm thì thấy vận tốc ban đầu cực đại của electron bắn ra khác nhau n= 2 lần. Tính λ o. 2. Nếu chiếu tới catốt ánh sáng nhìn thấy có bước sóng nằm trong khoảng 0,39µm đến 0,76 µm thì phải đặt giữa anốt và catốt một hiệu điện thế hãm bằng bao nhiêu để dòng quang điện bằng 0? 3. Tách chùm electron bắn ra từ catốt lấy một electron có vận tốc v 0 = 6.10 5 m/s rồi cho nó bay vào một điện trường đều giữa hai điểm A và B dọc theo đường sức với U AB = -10V. Sauk hi ra khỏi điện trường, tiếp tục cho electron bay vào một điện trường đều có cảm ứng từ B= 2.10 -4 T theo phương vuông góc với đường cảm ứng từ. Tính lực từ tác dụng lên electron và bán kính quỹ đạo của nó trong từ trường. Bài tập 18. Chiếu một chùm sóng điện từ có bước sóng λ= 4.10 -7 m vào tấm kim loại của một bản tụ điện. Hiệu điện thế hãm trên hai bản tụ phải bằng bao nhiêu để điện tử thoát từ kim loại bay trong khoảng chân không giữa hai bản tụ dừng ngay trên bản thứ hai? Tính điện tích của tụ điện lúc đó. Diện tích mỗi bản là 400cm 2 , khoảng cách giữa hai bản là d= 0,5cm. Cho biết công thoát điện từ A= 1,4eV. Bài tập 19. Khi chiếu bức xạ có tần số f= 2,538.10 15 Hz lên một kim loại dùng làm catốt của một tế bào quang điện thì các electron bắn ra đều bị giữ lại bởi hiệu điện thế hãm U h = 8V. Nếu chiếu đồng thời lên kim loại các bức xạ λ 1 = 0,4µm và λ 2 = 0,6 µm thì hiện tượng quang điện có xảy ra không? Tính động năng ban đầu cực đại của quang electron. Bài tập 20. Chiếu bức xạ có bước sóng λ= 0,438µm vào catốt của một tế bào quang điện. a. Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện ( nếu có) khi catốt là kẽm có công thoát A= 56,8.10 -20 J. Và khi catốt là kali có giới hạn quang điện λ 0 = 0,62µm. b. Biết cường độ dòng quang điện bão hòa I bh = 3,2mA. Tính số electron N e được giải phóng từ catốt trong 1 giây. Nếu cường độ chùm bức xạ tăng lên n lần thì N e thay đổi thế nào? Tại sao? 8.1(trang 73) Tính năng lượng của phôtôn ứng với ánh sáng có bước sóng: λ= 0,768 μm (vạch đỏ trong quang phổ kali); λ= 0,589 μm (vạch vàng trong quang phổ natri); λ= 0,444 μm (vạch tím trong quang phổ canxi); 8.2. Tính bước sóng của ánh sáng mà năng lượng của phôtôn là 2,8.10 -19 J. 8.3. Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 μm sẽ phát ra bao nhiêu phôtôn trong một giây nếu công suất phát xạ của đèn là 10W. 8.4. Độ nhậy của võng mạc của con mắt đối với ánh sáng vàng(0,6μm) là 1,7.10 -18 W. Phải có bao nhiêu phôtôn ánh sáng vàng đập vào võng mạc trong một giây mới có thể gây ra cảm giác sáng? 8.5. Cần chiếu ánh sáng có bước sóng dài nhất là bao nhiêu để gây ra hiện tượng quang điện trên mặt lớp natri, vônfram, platin. Công thoát của electron khỏi các kim loại đó lần lượt bằng: 2,5eV, 4,5eV, và 6eV. 8.6. Nguyên nhân làm cho các tia hồng ngoại có tác dụng nhiệt rất mạnh là năng lượng của các phôtôn tia hồng ngoại bằng động năng của chuyển động nhiệt của các phân tử. Biết rằng ở nhiệt độ 27 0 C, động năng của chuyển động nhiệt của các phân tử vào cỡ 0,04eV. Hãy tính bước sóng của tia hồng ngoại mà phôtôn của nó có năng lượng vào cỡ như trên. 8.7. Giới hạn quang điện của xêdi (Cs) là 0,66μm. Hãy tính công thoát của electron r khỏi bề mặt của xêdi. 8.8. Một lá niken, có công thoát là 5eV, được chiếu sáng bằng tia tử ngoại có bước sóng là 0,2μm. Xác định vân tốc ban đầu cực đại của quang electron khi bắn ra khỏi mặt lá niken. Khối lượng của electron: 9,1.10 31 kg. 8.9. Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,42μm vào catôt của một tế bào quang điện, người ta thấy có dòng quang điện xuất hiện. Nếu đặt giữa catôt và anôt một hiệu điện thế hãm U h = 0,95V thì dòng quang điện hoàn toàn tắt hẳn. Xác định công thoát của electron khỏi bề mặt catôt. 8.10. Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của một ống Rơnghen là 150kV. Tính bước sóng ngắn nhất của tia Rơnghen mà tia đó có thể phát ra. 8.11. Phải đặt giữa anôt và catôt của một ống Rơnghen một hiệu điện thế là bao nhiêu để bước sóng ngắn nhất của tia Rơnghen mà ống đó có thể phát ra là 10Ǻ. 8.12. Giới hạn quang điện của các chất quang dẫn Se, PbS, CdS, CdSe, PbTe lần lượt là 0,95μm, 2,7μm, 0,9μm, 1,22μm và 6μm. Hãy tính năng lượng cần thiết để giải phóng một electron (hoặc lỗ trống) trong các chất đó. 8.13. Tại sao người ta lại nói các đèn huỳnh quang là các máy biến đổi ánh sáng. Chúng biến đổi ánh sáng như thế nào? 8.14. Dung dịch fluorêxêin hấp thụ ánh sáng có bước sóng 0,49μm để phát ra ánh sáng có bước sóng 0,52μm. a. Hãy tính hiệu suất của mỗi quá trình hấp thụ phôtôn ánh sáng kích thích và phát ra phôtôn ánh sáng huỳnh quang. b. Người ta gọi hiệu suất của sự phát quang là tỉ số giữa năng lượng ánh sáng phát quang và năng lượng ánh sáng hấp thụ. Biết rằng hiệu suất của sự phát quang của dung dịch fluorêxêin là 70%, hãy tính số phần trăm của phôtôn bị hấp thụ đã dẫn đến sự phát quang của phân tử fluoxêrêin. 8.15. Biết bước sóng ứng với bốn vạch trong dãy Banme của quang phổ Hiđrô là: Vạch đỏ (H α ) : 0,656μm; Vạch lam (H β ) : 0,486μm; Vạch chàm (H γ ) : 0,434μm;Vạch tím (H δ ): 0,41μm Hãy tính bước sóng ánh sáng ứng với ba vạch của dãy Pasen nằm trong vùng hồng ngoại. 8.16. Xác định độ biến thiên năng lượng của electron trong nguyên tử hiđrô khi nó có bức xạ ánh sáng có bước sóng 0,486μm. 8.17. Bức xạ có bước sóng ngắn nhất mà nguyên tử hiđrô có thể phát ra được là tia tử ngoại 0,0913μm. Hãy tính năng lượng cần thiết để ion hóa nguyên tử hiđro. . máy biến đổi ánh sáng. Chúng biến đổi ánh sáng như thế nào? 8.14. Dung dịch fluorêxêin hấp thụ ánh sáng có bước sóng 0,49μm để phát ra ánh sáng có bước. thụ phôtôn ánh sáng kích thích và phát ra phôtôn ánh sáng huỳnh quang. b. Người ta gọi hiệu suất của sự phát quang là tỉ số giữa năng lượng ánh sáng phát