Đang tải... (xem toàn văn)
Dạng 4: Ứng dụng của hiện tượng quang điện vào việc đo các hằng số vật lý Câu 1: Để xác định hằng số Plăng người ta rọi vào Catot của một tế bào quang điện các ánh sáng đơn sắc có bước[r]
(1)LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG I
Tóm tắt lý thuyết:
1 Năng lượng lượng tử ánh sáng
hc hf mc e l = = =
Trong h = 6,625.10-34 Js số Plăng.
c = 3.108m/s : vận tốc ánh sáng chân không.
f, : tần số, bước sóng ánh sáng (của xạ)
m : khối lượng phôtôn 2 Tia Rơnghen (tia X)
Bước sóng nhỏ tia Rơnghen đ Min hc E l = Trong 2 đ 2 mv mv
E = =e U+
động electron đập vào đối catốt (đối âm cực)
U hiệu điện anốt catốt v vận tốc electron đập vào đối catốt
v0 vận tốc electron rời catốt (thường v0 = 0)
m = 9,1.10-31 kg khối lượng electron
3 Hiện tượng quang điện *Công thức Anhxtanh
ax M mv hc hf A e l = = = +
Trong đó:
hc A
l =
: cơng kim loại dùng làm catốt
0 : giới hạn quang điện kim loại dùng làm catốt
v0Max : vận tốc ban đầu electron quang điện thoát khỏi catốt
f, : tần số, bước sóng ánh sáng kích thích
4 Tế bào quang điện:
* Để dòng quang điện triệt tiêu UAK Uh (Uh < 0), Uh gọi hiệu điện hãm
ax M h mv eU =
Lưu ý: Trong số toán người ta lấy Uh > độ lớn
* Xét vật lập điện, có điện cực đại VMax khoảng cách cực đại dMax mà electron
chuyển động điện trường cản có cường độ E tính theo cơng thức:
2
ax ax ax
1
M M M
e V = mv = e Ed
* Với U hiệu điện anốt catốt, vA vận tốc cực đại electron đập vào
anốt, vK = v0Max vận tốc ban đầu cực đại electron rời catốt thì:
2
1
2 A K
(2)* Hiệu suất lượng tử (hiệu suất quang điện) n H n =
Với n n0 số electron quang điện bứt khỏi catốt số phôtôn đập vào catốt
cùng khoảng thời gian t Công suất nguồn xạ:
0 0
n n hf n hc p
t t t
e
l
= = =
Cường độ dịng quang điện bão hồ: 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 electron chuyển động với vận tốc v từ trường B
¶
, = ( ,B) sin
mv
R v
e B a a
= r ur
Xét electron vừa rời khỏi catốt v = v0Max
Khi
sin mv
v B R
e B a
^ Þ = Þ =
r ur
Lưu ý: Hiện tượng quang điện xảy chiếu đồng thời nhiều xạ tính đại lượng: Vận tốc ban đầu cực đại v0Max, hiệu điện hãm Uh, điện cực đại VMax,
… tính ứng với xạ có Min (hoặc fMax)
4 Tiên đề Bo - Quang phổ nguyên tử Hiđrô * Tiên đề Bo
mn m n
mn
hc
hf E E
e
l
= = =
-* Bán kính quỹ đạo dừng thứ n electron nguyên tử hiđrô:
rn = n2r0
Với r0 =5,3.10-11m bán kính Bo (ở quỹ
đạo K)
* Năng lượng electron nguyên tử hiđrô:
W= Wđ+Wt = 12mv
2
- ker2
n (1), mà e
chuyển động quang hạt nhân lực tính điện đóng vai trị lực hướng tâm nên ta có : Fht=mv
2
rn
=ke
2
r2n (2), từ (1) (2) suy ra: 13,6 ( ) n E eV n
Với n N*
* Sơ đồ mức lượng
- Dãy Laiman: Nằm vùng tử ngoại
hfm
n hfmn
(3)Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo K
Lưu ý: Vạch dài LK e chuyển từ L K
Vạch ngắn K e chuyển từ K
- Dãy Banme: Một phần nằm vùng tử ngoại, phần nằm vùng ánh sáng nhìn thấy
Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo L Vùng ánh sáng nhìn thấy có vạch:
Vạch đỏ H ứng với e: M L
Vạch lam H ứng với e: N L
Vạch chàm H ứng với e: O L
Vạch tím H ứng với e: P L
Lưu ý: Vạch dài ML (Vạch đỏ H)
Vạch ngắn L e chuyển từ L
- Dãy Pasen: Nằm vùng hồng ngoại
Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo M
Lưu ý: Vạch dài NM e chuyển từ N M
Vạch ngắn M e chuyển từ M
Mối liên hệ bước sóng tần số vạch quang phổ nguyên từ hiđrô: 13 12 23
1 1
f
13 = f12 +f23 (như cộng véctơ)
II Bài tập
Dạng Xác định đặc trng của: A, 0, E
d0 , v0 , Ibh , Uh
Câu 1: xác định giới hạn lượng tử ánh sáng ứng với quang phổ ánh sáng nhìn thấy ( 0, 4m 0,76m)
Câu 2: Động electron nguyên tử hiđrô thay đổi lượng nguyên tử phát phơtơn có bước sóng 0, 486m
Câu 3: phim chụp ảnh sử dụng muối AgBr để ghi ảnh tác động ánh sáng phân tích phân tử AgBr thành nguyên tử Cho biết lượng phân li AgBr 23,9
Kcal.mol-1
a Xác định tần số bước sóng xạ vừa đủ phân li phân tử AgBr
b Tính lượng tử xạ ứng với tần số 100MHz(Theo eV) Giải thích sóng vơ tuyến đài truyền hình có cơng suất 50000W có tần số 100MHz không tác động lên phim
Câu 4:Một nguồn laser mạnh phát xung xạ có lượng 3000J xạ phát có bước sóng 480nm Có photon xung vậy?
Câu 5: Hãy xác định tần số ánh sáng cần thiết để electron khỏi mặt kim loại Biết tần số giới hạn kim loại f0 = 6.1014(s-1) sau thoát
các electron bị hãm lại hoàn toàn hiệu điện 3V
Câu 6: Khi chiếu xạ có bước sóng 0, 405m Vào bề mặt Catot tế bào
(4)a Tìm vận tốc ban đầu cực đại electron quang điện b Tìm cơng electron kim loại làm Catot
c Giả sử photon đập vào Catot làm electron (hiệu suất quang điện 100%) ta đo i = 49mA tính số photon đập vào Catot sau giây Suy cơng suất nguồn xạ (Coi tồn công suất dùng để chiếu sáng Catot)
Câu 7: Catot tế bào quang điện làm kim loại có cơng electron : A0=7,23.10-19(J)
a Xác định giới hạn quang điện kim loại
b Một kim loại lập rọi sang đồng thời hai xạ : có tần số f1=1,5.1015(s-1) có bước sóng 2 0,18m Tính điện cực đại kim loại
c Khi rọi xạ có tần số f1 vào tế bào quang điện để không electron
được Anot hiệu điện Anot va catot bao nhiêu?
Câu 8: Cơng electron đồng : A0 = 4,47 eV
a Tính giới hạn quang điện đồng
b Khi chiếu xạ có bước sóng 0,14m vào cầu đồng đặt cách li vật
khác cầu tích điện đến điện cực đại bao nhiêu?
c Chiếu xạ có bước sóng / vào cầu đồng cách li vật khác quả
cầu đạt điện cực đại 3V Tính / vận tốc ban đầu cực đại electron quang
điện.
Câu 9: Công tối thiểu để electron khỏi mặt kim loại 1,88eV Dùng kim loại làm Catot tế bào quang điện Hãy tính:
a Giới hạn quang điện kim loại
b Vận tốc ban đầu cực đại electron kim loại bị bắn khỏi kim loại chiếu vào ánh sáng có bước sóng λ=0,489μm
c Số electron tách khỏi mặt kim loại phút Giả thiết tất electron tách bị hút Anot cường độ dòng quang điện thu là: I = 0,26 mA
d Hiệu điện Anot Catot để dòng quang điện bị triệt tiêu
Câu 10: Áp dụng định luật bảo toàn động lượng định luật bảo toàn lượng CMR electron tự hấp thụ hay xạ lượng tử ánh sáng
Câu 11: Cho ánh sáng có bước sóng nhỏ bước sóng giới hạn quang điện λ0 Chiếu
vào Catot tế bào quang điện Nối hai cực tế bào quang điện với nguồn điện chiều hiệu điện đầu tế bào quang điện 80V ampe kế mắc vào mạch 3,2 μA
a Tính số photon đập vào Catot gây tượng quang điện giây đồng hồ b Tính nhiệt lượng tỏa Anot tế bào quang điện giây Giả sử electron rời khỏi catot có vận tốc v0 = 4.105(m/s)
Câu 12: Dùng lượng tử ánh sáng ε=hf thiết lập biểu thức áp suất ánh sáng tác
động nên bề mặt phản xạ với góc tới i
Câu 13: Giới hạn quang điện Rb λ0=0,81μm
(5)b Hiệu điện hãm đặt vào tế bào quang điện có Catot Rb làm ngừng dịng quang điện
c Nếu ánh sáng tới bước sóng giảm bớt 2nm phải thay đổi hiệu điện hãm bao nhiêu?
Dạng Chuyển động electron quang điện điện trường từ trường.
Câu 1: Catot tế bào quang điện phủ lớp xedi có cơng electron 1.9eV Catot chiếu sáng chùm sáng đơn sắc có bước sóng là:
λ=0,45μm
a Xác định giới hạn quang điện Xedi
b Dùng chắn tách chùm hẹp electron quang điện hướng vào từ trường có vecto ⃗B vng góc với ⃗v0¿max
¿ electron Cho B= 6,1.10
-5(T)
Xác định bán kính cực đại quỹ đạo electron từ trường
c Muốn tăng vận tốc quang electron ta làm nào? Thay đổi cường độ ánh sáng tới hay thay đổi bước sóng ánh sáng tới? Khi giữ nguyên bước sóng ánh sáng tới tăng cường độ ánh sáng tới có ảnh hưởng gì?
Câu 2:Một điện cực phẳng nhôm rọi xạ tử ngoại có bước sóng
λ=83 nm
a Electron quang điện rời xa bề mặt điện cực đoạn tối đa ? Nếu điện trường cản lại chuyển động electron có độ lớn E = 7,5(V/m)cho biết giới hạn quang điện kim loại là: λ0=332 nm
b Nếu khơng có điện trường hãm điện cực nối đất qua điện trở R = 1MΩ dịng điện cực đại qua điện trở bao nhiêu?
Câu 3: Khi rọi vào Catot phẳng tế bào quang điện xạ có bước sóng
λ=0,33μm làm dịng quang điện triệt tiêu cách nối Anot catot tế bào quang điện hiệu điện UAK≤ −0,3125V
a Xác định giới hạn quang điện kim loại
b Catot tế bào có dạng phẳng song song với Catot đặt đối diện cách Catot đoạn d = 1cm Khi rọi chum xạ hẹp vào tâm Catot đặt hiệu điện
UAK=4,55V Giữa Anot Catot bán kính lớn vùng bề mặt Catot mà electron tới đập vào bao nhiêu?
Câu 4: Một bề mặt kim loại có giới hạn quang điện λ0 rọi vào xạ có
bước sóng λ<λ0
a Lập biểu thức vận tốc ban đầu cực đại electron rời khỏi bề mặt kim loại b Đặt hiệu điện hãm Uh Anot Catot cách đoạn d lập biểu
thức khoảng đường xa từ Catot mà electron quang điện có vận tốc đầu ⃗v0 vng góc với bề mặt Catot
c Một chùm electron quang điện bay vào từ trường có cảm ứng từ ⃗B Mơ tả
chuyển động electron hai trường hợp: * ⃗B⊥⃗v
0
(6)Câu 5: Catot tế bào quang điện chân không kim loại phắng có 0 3600A0
Tìm cơng A0 catot
Chiếu tới Catot xạ có bước sóng 0,33m Tìm vận tốc ban đầu cực đại
của quang electron phát khỏi Catot
Anot tế bào quang điện kim loại phẳng đối diện Catot cách Catot 3cm chúng có UAK 18, 2V xạ chiếu tới 0,33m Tìm bán kính lớn
vùng bề mặt Anot có quang electron đập tới
Dạng 3: Công suất hiệu suất lượng tử
Câu 1: Một đèn ánh sáng dơn sắc có bước sóng λ=0,4μm Được dùng để chiếu vào tế bào quang điện cơng kim loại dùng làm Catot 2,26eV
a Tìm giới hạn quang điện Catot
b Tính vận tốc ban đầu cực đại electron bật khỏi Catot
c Bề mặt có ích Catot nhận cơng suất 3mW cường độ dịng điện bão hòa tế bào quang điện 6,43.10-6(A) Tính số Photon N mà Catot nhận 1s số
electron n bật giây Suy hiệu suất
Câu 2: Một nguồn sáng có cơng suất 2W phát sóng ánh sáng có bước sóng
λ=0,597μm tỏa theo khắp hướng tính xem khống cách bao xa ngườ
ta cịn trơng thấy nguồn sáng biết mát cịn thấy nguồn sáng có 80 photon phát từ nguồn lọt vào giây có đường kính vào khoảng 4mm (Bỏ qua hấp thụ ánh sáng khí quyển)
Câu 3: Độ nhạy mắt người tối xác định 60 photon /s với ánh sáng có bước sóng 555nm Tính cường độ ánh sáng công suất nguồn sáng Cho biết: * Khoảng cách từ nguồn tới mắt 10km
* Đường kính tối 8mm
Câu 4: Chiếu chùm sáng đơn sắc có bước sóng 0, 489m lên mặt Catot tế
bào quang điện người ta thấy hiệu điện hãm để khơng co dịng quang điện Uh = 0,39V
Tính 0 A0
Biết công suất chùm sáng tới mặt Catot P = 12,5W cường độ dòng quang điện bão hòa I = 0,05A Tính hiệu suất lượng tử
Câu 5: Dung dịch fluroxin hấp thụ ánh sáng có bước sóng 0, 45m phát ánh
sáng có bước sóng / 0,5m.
Tìm hiệu suất trình hấp thụ phát huỳnh quang
Biết hiệu suất phát quang dung dịch fluroxin 75% tính số phần trăm photon bị hấp thụ dẫn đến phát quang phân tử fluroxin
(7)- Với ánh sáng có bước sóng λ1=620 nm Dịng quang điện bắt đầu triệt tiêu Anot Catot có hiệu điện hãm Uh
- Với ánh sáng có bước sóng λ2=1,25λ1 hiệu điện hãm giảm 0,4V a Xác định số Plawng theo giữ kiện cho
b Xác định cơng electron kim loại làm Catot biết ánh sáng có bước sóng λ3=1,5λ1 Thì hiệu điện hãm giảm cịn nửa
Câu 2: Chiếu xạ có bước sóng λ1=250 nm λ2=300 nm vào kim loại M vân tốc ban đầu cực đại electron quang điện v1 =
7,31.105(m/s) v
1 = 4,93.105(m/s)
a Xác định khối lượng me electron giới hạn quang điện kim loại M
b Chiếu xạ có bước sóng λ v o kim loại lập điện điện cực đại 3V Tính λ
Câu 3: Muốn hãm lại hồn tồn electron bị khỏi kim loại ánh snags có tần số f1 = 2,2.1015(Hz) phả đặt hiệu điện hãm Uh1 = 6,6(V) Với ánh
sáng có tần số f2 = 4,5.1015(Hz) hiệu điện hãm Uh2 = 16,5(V) Xác định số
Plăng
Dạng 5: Các toán khác
Câu : Cho đồ thị phụ thuộc động ban Đầu cực đại quang electron vào tần số cá xạ kích thích chiếu vào Catot tế bào quang điện dựa vào đố thị tìm:
Cơng tế bào quang điện Giới hạn đỏ kim loại
Hằng số Plăng
Câu 2:Trong thí nghi m quang i n v i Na ta thu ệ đ ệ b ng k t qua sau ây v s ả ế đ ề ự ph thu c c a hi u i n th hãm v o bụ ộ ủ ệ đ ệ ế ước sóng c a ánh sáng kích thích:ủ
Uh(V) 4,2 2,06 1,05 0,41 0,03
λnm 200 300 400 500 600
Vẽ biểu diễn phụ thuộc Uh theo biến số thích hợp Dựa vào đồ thị xác định:
a Cơng electron b Tần số giới hạn
c Giá trị tỉ số h/e
Dạng 6: Mẫu Bohr.
Câu 1: Vạch quang phổ đầu tiên(có bước sóng dài nhất) dãy Laiman, Banme Pasen quang phổ Hiđro có bước sóng 0,122μm ; 0,656μm
1,875μm Xác định bước sóng vạch quang phổ thứ hai dãy Laiman Banme, quang phổ thuộc miền thang sóng điện từ
Câu 2: Cho ba vạch quang phổ đầu tiên(có bước sóng dài nhất) dãy Laiman, Banme Pasen quang phổ nguyên tử Hiđro có bước sóng 0,122μm ;
0,656μm 1,875μm
(8)b Cho biết lượng tối thiểu để bứt điện tử khỏi nguyên tử Hiđro từ trạng thái 13,6eV (1eV = 1,6.10-19J) Tính bước sóng ngắn dãy Pasen Lấy c =
3.108m/s, h = 6,625.10-34J.s.
Câu 3: Cho biết bước sóng ứng với vạch quang phổ nguyên tử Hiđrô dãy Pasen vùng hồng ngoại λ1=1,875μm ; λ2=1,282μm ; λ3=1,093μm vạch đỏ
Hα trong dãy Banme λα=0,656μm Hãy tính bước sóng λβ; λγ; λδ tương ứng với vạch lam Hβ ; vạch chàm Hγ vạch tím.
Câu 4: Ba vạch quang phổ dãy Laiman nguyên tử Hiđro có bước sóng λ1=1216A
o
, λ2=1026A
o
λ3=973A
o
Hỏi electron bị kích thích lên quỹ đạo N ngun tử phát vạch dãy Banme? Tính bước sóng vạch đó?
Câu 5: Electron ngun tử Hiđrơ chuyển từ quỹ đạo L ứng với mức lượng E2 = - 3,4eV quỹ đạo K ứng với mức lượng E1 = -13,6eV
Cho biết 1eV = 1,6.10-19J, c = 3.108m/s, h = 6,625.10-34J.s.
a Tính bước sóng λ xạ phát
b Chiếu xạ có bước sóng λ nói vào Katơt tế bào quang điện làm kim loại có cơng electron A = 2eV Tính động ban đầu cực đại Wđ
quang điện tử hiệu điện hãm dịng quang điện Uh
Câu 6: Năng lượng trạng thái dừng nguyên tử Hiđrô Ek = -13,6eV;
EL = -3,4eV; EM = -1,51eV; EN = -0,85eV; EO = -0,54eV Hãy tìm bước sóng
xạ tử ngoại nguyên tử Hiđrô phát
Cho biết 1eV = 1,6.10-19J, c = 3.108m/s, h = 6,625.10-34J.s.
Câu 7: Trong quang phổ hiđrơ có bước sóng λ vạch quang phổ sau:
λ21=0,121568μm ; λ32=0,656279μm ; λ43=1,8751μm a) Tính tần số ứng với xạ
b) Tính tần số ứng với vạch quang phổ thứ thứ dãy Laiman (Cho biết c = 3.108m/s.)
Câu 8: Trong quang phổ vạch nguyên tố hiđrô, vạch ứng với bước sóng dài dãy Laiman λ1=0,1216μm vạch ứng với chuyển electron từ quỹ đạo M quỹ đạo K có bước sóng λ2=0,1026μm Hãy tính bước sóng dài dãy Banme
Câu 9: Biết vạch dãy Laiman có bước sóng λ1=0,1216μm , vạch đầu
tiên vạch cuối dãy Banme có bước sóng λ2=0,6563μm
λ3=0,3653μm
Cho biết c = 3.108m/s, h = 6,625.10-34J.s.
a Xác định bước sóng vạch thứ hai dãy Laiman vạch cuối dãy Laiman
b Tính lượng ion hố ngun tử Hiđrơ trạng thái Tính lượng đơn vị eV
Câu 10: Cho biết vạch dãy Laiman có tần số 24,53.1014Hz lượng
ion hoá nguyên tử hiđrô trạng thái 13,6eV Cho biết c = 3.108m/s, h = 6,625.10-34J.s.
(9)b Cho biết vạch dãy Banme có bước sóng 0,6563 μm Hỏi tính bước sóng vạch quang phổ hiđrơ
Câu 11: Biết bước sóng bốn vạch dãy Banme vạch đỏ Hα=0,6563μm ,
vạch chàm Hβ=4861μm , vạch lam Hγ=4340μm vạch tím Hδ=0,4102μm Hãy tính bước sóng ba vạch quang phổ dãy Pasen vùng hồng ngoại
Cõu12: Các bớc sóng dài vạch quang phổ thuộc dÃy Lyman dÃy Banme quang phổ vạch H tơng ứng là: 21=0,1218 m 32=0,6563 μm TÝnh bíc sãng
cđa v¹ch thø d·y Lyman?
Cõu 13: Cho biết biết bớc sóng ứng với vạch đỏ 0,656 μm vạch lam 0,486 μm dãy Banme quang phổ vạch H Hãy xác định bớc sóng xạ ứng với di chuyển e từ quỹ đạo L quỹ đạo M?
Câu 14: Trong quang phổ vạch hydrơ biết bước sóng vạch dãy quang phổ Banme vạch Hα : λ32 = 0,6563μm Hδ : λ32 = 0,4102μm Bước sóng vạch quang
phổ thứ ba dãy Pasen bao nhiêu?
Câu 15: Giá trị lượng trạng thái dừng nguyên tử Hiđro cho công thức:
En=−Rh
n2 (R; số Riber)
Cho biết lượng ion hóa nguyên tử Hidro 13,5eV Hãy xác định vạch quang phổ Hidro xuất bắn phá nguyên tử Hidro trạng thái chùm electron có động 12,5eV
Câu 16: Cho chùm electron bắn phá nguyên tử hidro trạng thái để kích
thích chúng Xác định vận tốc cực tiểu electron cho làm suất tất vạch quang phổ phát xạ hidro
Dạng 7: Ống Rơnghen:
Câu 1: Một Ống Rơnghen hoạt động với hiệu điện U = 2,5 kV
Tính bước sóng nhỏ tia Ronghen phát vận tốc electron tới đạp vào Catot
Cường độ dòng điện qua ống 0,01A Tính số electron đập vào Catot giây nhiệt lượng cung cấp cho đối âm cực phút (Giả sử toàn động tới đập vào Catot đốt nóng đối âm cực)
Người ta làm nguội đối âm cực dòng nước lạnh nhiệt độ lúc khỏi ống lớn nhiệt độ lúc vào 400 Tính khối lượng nước chảy qua đối âm cực phút (biết nhiệt
dung riêng nước C = 4186 J/kg.K )
Câu 2: Để tăng độ cứng tia Rơnghen tức để giảm bước sóng người ta cho hiệu điện hai cực tăng thêm v 500V .Tính bước sóng tia Rơn ghen phát
Câu 3: Cho chùm tia X phát từ ống Rơnghen ta thấy có tia có tần số lớn fmax = 5.1018(Hz)
Tìm UAK Tìm động cá electron đập vào Catot Coi động đầu
(10)Đối Catot làm dòng nước chảy luồn bên nhiệt độ nối cao lối vào 100C Tìm lưu lượng theo m3/s dòng nước Xem gần 100% động