Định luật quang điện thứ ba: Động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện chỉ phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích mà không phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích [r]
(1)Chủ đề 15: QUANG ĐIỆN NGOÀI Hiện tượng quang điện a Thí nghiệm Hec tượng quang điện (năm 1887) - Bố trí thí nghiệm hình vẽ: Chiếu chùm sáng hồ quang phát vào kẽm tích điện âm gắn vào cần tĩnh điện kế, thì góc lệch kim tĩnh điện kế giảm Thay kẽm kim loại khác, hiệ tượng xảy tương tự - Kết quả: Ánh sáng hồ quang đã làm bật electron khỏi bề mặt kẽm tích điện âm b Định nghĩa tượng quang điện Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron khỏi mặt kim loại gọi là tượng quang điện (hay còn gọi là tượng quang điện ngoài) Các electron bị bật tượng này gọi là các electron quang điện hay quang electron Định luật giới hạn quang điện Đối với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng nhỏ giới hạn quang điện 0 kim loại đó ( 0 ) gây tượng quang điện Ánh sáng dù cường độ mạnh đến đâu, không thỏa mãn điều kiện bước sóng trên không gây tượng quang điện - Giá trị giới hạn quang điện 0 số kim loại Chất 0 ( m ) Chất 0 ( m ) Bạc 0,26 Canxi 0,43 Đồng 0,30 Natri 0,50 Kẽm 0,35 Kali 0,55 Nhôm 0,36 Xesi 0,66 Thuyết lượng tử ánh sáng Vì thuyết sóng điện từ ánh sáng không giải thích định luật giới hạn quang điện nên phait cần thuyết phù hợp a Giả thuyết Plang (năm 1900) Lượng lượng mà lần nguyên tử hay phân tử hấp thụ phát xạ có giá trị hoàn toán xác định và hf Trong đó f là tân số ánh sáng bị hấp thụ phát xạ, h = 6,625.10-34 J.s gọi là số Plang - Lượng lượng hf gọi là lượng tử lượng b Thuyết lượng tử ánh sáng (thuyết photon) Anh – xtanh (năm 1905) - Ánh sáng tạo các hạt gọi là photon - Với ánh sáng đơn sắc có tần số f, các photon giống nhau, photon mang lượng hf - Photon tồn trạng thái chuyển động Trong chân không, photon bay với vận tốc c 3.108 m/s dọc theo các tia sáng - Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hấp thụ ánh sáng thì chúng phát hấp thụ photon - Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử ánh sáng hf không bị thay đổi và không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng - Tuy lượng ánh sáng hf mang lượng nhỏ chùm sáng lại có số lớn lượng tử ánh sáng, vì ta có cảm giác chùm sáng là liên tục c Giải thích định luật giới hạn quang điện thuyết lượng tử ánh sáng Anh – xtanh cho tượng quang điện có hấp thụ hoàn toàn photon chiếu tới Mỗi photon bị hấp thụ truyền hoàn toàn lượng nó cho electron Muốn electron bứt khỏi mặt kim loại bắt buộc lượng A (A là công thoát), tức là hf A h c hc A A hc 0 Nếu đặt A thì thu 0 và 0 chính là giới hạn quang điện kim loại Lưỡng tính sóng - hạt ánh sáng (2) Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt Các công thức cần lưu ý làm bài tập - Năng lượng photon ánh sáng kích thích hf hc hc 0 - Liên hệ công thoát A và giới hạn quang điện 0 : A hc P n p n p , đó n p là số photon tới bề mặt Catot - Công suất xạ nguồn sáng: 1s - Khi Wđmax công cản điện trường thì có cân động số electron bật và số electron bị hút trở lại Quả cầu có điện tích không đổi và có điện cực đại V max tính theo Vmax hc ( A) e công thức: Các số h = 6,625.10-34 J.s c = 3.108 m/s me = 9,1.10-31 kg e = 1,6.10-19 C Đổi đơn vị 1nm = 10-9 m 1A0 = 10-10m 1eV = 1,6.10-19 J 1MeV = 106 eV (3) BÀI TẬP CHỦ ĐỀ 15 Câu 1: Năng lượng photon với ánh sáng có bước sóng 768nm là: A 1,61eV; B 16,1eV; C 1,61.10-2 eV D 0,61 eV -19 Câu 2: Công thoát e khỏi bề mặt kim loại A = 3,3.10 J Giới hạn quang điện kim loại này là A 0,46 m B 0,52 m C 0,6 m D 0,7 m Câu 3: Chiếu chùm ánh sáng đơn sắc đến bề mặt kim loại , tượng quang điện không xảy Để tượng quang điện xảy ta cần A Dùng ánh sáng có cường độ mạnh B Dùng ánh sáng có bước sóng nhỏ C Tăng diện tích kim loại chiếu sáng D Tăng thời gian chiếu sáng Câu 4: Công thoát e kim loại là 2,3 eV Hãy cho biết chiếu lên bề mặt kim loại này hai xạ có bước sóng 1 0, 45 m và 2 0,56 m thì xạ nào có khả gây tượng quang điện đối vói kim loại đó A Chỉ có xạ có bước sóng 2 là có khả gây tượng quang điện B Cả hai xạ không thể gây tượng quang điện C Cả hai xạ có thể gây tượng quang điện D Chỉ có xạ có bước sóng 1 là có khả gây tượng quang điện Câu 5: Ba chất bạc, đồng, kẽm tạo thành hợp kim có giới hạn quang điện bao nhiêu? A 0,26 m B 0,36 m C 0,30 m D 0,35 m Câu 6: Một nguồn lase phát ánh sáng đỏ bước sóng 630nm với công suất P = 40mW Số photon xạ thời gian t = 10s là A 83.1016 B 76.1016 C 95.1016 D 55.1016 Câu 7: Một kim loại có giới hạn quang điện là 0 0, 275 m đặt cô lập điện Người ta chiếu sáng nó xạ có bước sóng thì thấy điện cực đại kim loại này là 2,4V Bước sóng ánh sáng kích thích là A 0,2738 m B 0,1795 m C 0,4565 m D 3,259 m Câu 8: (Trích đề thi ĐH khối A, 2008) Khi chiếu hai xạ có tần số f 1; f2 (với f1 < f2) vào cầu kim loại đặt cô lập thì xảy tượng quang điện với điện cực đại cầu là V1, V2 Nếu chiếu đồng thời hai xạ trên vào cầu này thì điện cực đại nó là A V1 V2 B (V1 + V2) C V2 D V1 Chủ đề 6.1 Hiện tượng quang điện ngoài Hiện tượng quang điện là A tượng êlectron bứt khỏi bề mặt kim loại có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó B tượng êlectron bứt khỏi bề mặt kim loại kim loại nung nóng đến nhiệt độ cao C tượng êlectron bứt khỏi bề mặt kim loại kim loại nhiễm điện tiếp xúc với vật đã nhiễm điện D tượng êlectron bứt khỏi bề mặt kim loại kim loại nằm điện trường Trong các trường hợp nào sau đây êlectron gọi là êlectron quang điện? A Êlectron dây dẫn điện thông thường B Êlectron bứt từ catôt tế bào quang điện C Êlectron tạo chất bán dẫn D Êlectron bứt khỏi kim loại nhiếm điện tiếp xúc Phát biểu nào sau đây là sai nói thuyết lượng tử ánh sáng? A Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay xạ ánh sáng cách liên tục mà theo phần riêng biệt, đứt quãng B Chùm ánh sáng là dòng hạt, hạt là phôtôn C Năng lượng phôtôn ánh sáng là nhau, không phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng (4) D Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử ánh sáng không bị thay đổi, không phụ thuộc vào khoảng cách đến nguồn sáng Chọn phát biểu đúng? A Ánh sáng có tính chất sóng B Ánh sáng có tính chất hạt C Ánh sáng có tính chất sóng và hạt, gọi là lưỡng tính sóng - hạt D Ánh sáng có tính chất sóng thể tượng quang điện Phát biểu nào sau đây là sai? A Hiện tượng quang điện là tượng các êlectron mặt kim loại bị bật khỏi kim loại có ánh sáng kích thích chiếu vào B Định luật quang điện thứ nhất: Đối với kim loại dùng làm catôt có bước sóng giới hạn 0 định gọi là giới hạn quang điện Hiện tượng quang điện xảy bước sóng ánh sáng kích thích nhỏ giới hạn quang điện ( 0 ) C Định luật quang điện thứ hai: Cường độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích D Định luật quang điện thứ ba: Động ban đầu cực đại các êlectron quang điện phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích mà không phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích và chất kim loại dùng làm catôt Giới hạn quang điện kim loại là A bước sóng dài xạ chiếu vào kim loại đó mà gây tượng quang điện B bước sóng ngắn xạ chiếu vào kim loại đó mà gây tượng quang điện C Công nhỏ dùng để bứt êlectron khỏi bề mặt kim loại đó D Công lớn dùng để bứt êlectron khỏi bề mặt kim loại đó Phát biểu nào sau đây là sai? A Thuyết lượng tử ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng B Giả thuyết sóng không giải thích tượng quang điện C Trong cùng môi trường, vận tốc ánh sáng vận tốc sóng điện từ D Ánh sáng có tính chất hạt, hạt ánh sáng gọi là phôtôn Chiếu chùm tia hồng ngoại vào kẽm tích điện âm thì A điện tích âm lá kẽm B kẽm trung hoà điện C điện tích kẽm không thay đổi D kẽm tích điện dương Điều nào sau đây là sai nói đến kết rút từ thí nghiệm với tế bào quang điện? A Cường độ dòng quang điện bão hoà không phụ thuộc cường độ chùm sáng kích thích B Dòng quang điện tồn hiệu điện anốt và catốt tế bào quang điện không C Giá trị hiệu điện hãm phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích D Dòng quang điện triệt tiêu hiệu điện anốt và catốt có giá trị âm nào đó 10 Trong tượng quang điện, cách thực sau đây cách nào có thể làm tăng động ban đầu cực đại êlectron quang điện A Tăng cường độ chùm ánh sáng kích thích B Tăng hiệu điện đặt vào hai điện cực anôt và catôt C Thay ánh sáng kích thích có bước sóng dài D Thay ánh sáng kích thích có bước sóng ngắn 11 Phát biểu nào sau đây là sai nói động ban đầu cực đại các êlectron quang điện? A Động ban đầu cực đại các êlectron quang điện không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích B Động ban đầu cực đại các êlectron quang điện phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích C Động ban đầu cực đại các êlectron quang điện phụ thuộc chất kim loại làm catôt D Động ban đầu cực đại các êlectron quang điện phụ thuộc bước sóng ánh sáng kích thích 12 Phát biểu nào sau đây là đúng? (5) A Khi tăng cường độ chùm ánh sáng kích thích lên lần thì cường độ dòng quang điện tăng lên lần B Khi tăng bước sóng chùm ánh sáng kích thích lên lần thì cường độ dòng quang điện tăng lên lần C Khi giảm bước sóng chùm ánh sáng kích thích xuống lần thì cường độ dòng quang điện tăng lên lần D Khi ánh sáng kích thích gây tượng quang điện Nếu giảm bước sóng chùm xạ thì động ban đầu cực đại êlectron tăng lên 13 Phát biểu nào sau đây là sai? A Động ban đầu cực đại êlectron quang điện phụ thuộc vào bước sóng chùm ánh sáng kích thích B Động ban đầu cực đại các êlectron quang điện phụ thuộc tần số chùm ánh sáng kích thích C Động ban đầu cực đại êlectron quang điện phụ thuộc cường độ chùm ánh sáng kích thích D Với bước sóng xác định có khả gây tượng quang điện, động ban đầu cực đại êlectron quang điện phụ thuộc vào chất kim loại 14 Điều khẳng định nào sau đây sai nói chất ánh sáng? A Ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt B Khi ánh sáng có bước sóng càng ngắn thì tính chất hạt càng thể rõ, tính chất sóng càng ít thể C Khi tính chất hạt thể rõ nét ta dễ quan sát tượng giao thoa ánh sáng D Khi ánh sáng có bước sóng càng ngắn thì khả đâm xuyên càng mạnh 15 Trong tượng quang điện, động ban đầu cực đại các êlectron quang điện A nhỏ lượng phôtôn chiếu tới B lớn lượng phôtôn chiếu tới C lượng phôtôn chiếu tới D tỉ lệ với cường độ chùm sáng chiếu tới 16 Kim loại dùng làm catôt tế bào quang điện có công thoát êlectron 2,5eV Chiếu vào catôt xạ có tần số f = 1,5.1015 Hz Động ban đầu cực đại các êlectron quang điện là A 3,71eV B 4,85eV C 5,25eV D 7,38eV 17 Catốt tế bào quang điện làm kim loại có giới hạn quang điện 0 0,5 m Muốn có dòng quang điện mạch thì ánh sáng kích thích phải có tần số 14 A f 2,5.10 Hz 14 14 14 B f 4, 2.10 Hz C f 6, 0.10 Hz D f 8, 0.10 Hz 18 Giới hạn quang điện canxi là 0 0, 45 m thì công thoát êlectron khỏi bề mặt canxi là A 2,05.10-19J B 3,32.10-19J C 4,42.10-19J D 4,65.10-19J 19 Kim loại dùng làm catôt tế bào quang điện có công thoát êlectron A = 6,625 eV Lần lượt chiếu vào catôt các bước sóng 1 0,1873 m; 2 0,1812 m; 3 0,1732 m; Những bước sóng có thể gây tượng quang điện là A 2 ; 3 B 1 ; 3 C 3 D 1 ; 2 ; 3 20 Cường độ dòng quang điện bão hoà 40 A thì số êlectron bị bứt khỏi catôt tế bào quang điện giây là A 15 1013 B 2,0.1014 C 2,5.1014 D 30.1012 21 Tính vận tốc ban đầu cực đại êlectron quang điện biết hiệu điện hãm 12V A 1,03.105 m/s B 1,45.106 m/s C 2,89.105 m/s D 2,05.106 m/s 22 Chiếu ánh sáng có bước sóng 0, 66 m vào catôt tế bào quang điện thì phải đặt hiệu điện hãm 0,69V để vừa đủ triệt tiêu dòng quang điện Công thoát kim loại làm catôt là A 2,5.10-20J B 2,3eV C 1,19eV D 2,5.10-18J 23 Hiệu ứng quang điện kim loại đã cho bắt đầu tần số ánh sáng 6.10 14 Hz Hãy xác định tần số ánh sáng chiếu vào kim loại đó êlectron quang điện bay khỏi nó hoàn toàn bị bật trở lại hiệu điện hãm Uh = 3V A 9,34.1014 Hz B 13,25.1014 Hz C 16,21.1014 Hz D 18,64.1014 Hz (6) 0 24 Khi chiếu vào catôt natri tế bào quang điện xạ có bước sóng thì hiệu điện hãm Uh = 2,48V Giới hạn quang điện natri A 0,3 m B 0, 4 m C 0,5 m D 0, 6 m 25 Công thoát êlecron kim loại dùng làm catôt tế bào quang điện là A = 3,5eV Chiếu vào catôt chùm sáng có bước sóng biến thiên từ 0, 25 m đến 0, 68 m Hiệu điện cần đặt vào anôt và catôt để dòng quang điện triệt tiêu là A UAK - 1,2V B UAK - 1,47V C UAK - 1,47V C.UAK - 1,2V 26 Một tế bào quang điện có catôt Na, công thoát êlectron 2,1eV Chiếu vào tế bào quang điện xạ đơn sắc có bước sóng 0,55 m Trị số hiệu điện hãm là A 0,08V B 0,16V C 0,25V D 0,34V 27 Khi chiếu hai xạ điện từ có bước sóng và với = 1 vào kim loại thì tỉ số động ban đầu cực đại quang êlectron bứt khỏi kim loại là Giới hạn quang điện kim loại là 0 Mối quan hệ bước sóng 1 và giới hạn quang điện 0 là 1 0 A 1 0 B 1 0 1 0 16 16 C D 28 Chiếu hai xạ có bước sóng 1 0,35 m và 2 0,54 m vào kim loại thì thấy vận tốc ban đầu cực đại các êlectron bật ứng với hai xạ trên gấp lần Giới hạn quang điện kim loại trên là A 0 0, 4593 m B 0 0,5593 m C 0 0, 6593 m D 0 0, 7593 m 29 Chiếu ánh sáng có bước sóng 0, 40 m vào catôt tế bào quang điện kim loại có công thoát A = 2,48eV Nếu hiệu điện anôt và catôt là U AK = 4V thì động lớn quang êlectron đập vào anôt là A 7,4.10-19J B 6,4.10-19J C 64.10-19J D 4,7.10-19J 30 Một kim loại có giới hạn quang điện là 0 0, 275 m đặt cô lập điện Người ta chiếu sáng nó xạ có bước sóng thì thấy điện cực đại kim loại này là 2,4V Bước sóng ánh sáng kích thích là A 0, 2738 m B 0,1795 m C 0, 4565 m D 3, 259 m 31 Trong tế bào quang điện có dòng quang điện bão hoà I bh = A và hiệu suất quang điện H = 0,6% Số phôtôn tới catôt giây là A 2,5.1015 B 3,8.1015 C 4,3.1015 D 5,2.1015 32 Khi chiếu vào catôt tế bào quang điện làm xêri xạ , người ta thấy vận tốc quang êlectron cực đại là 8.10 5m/s Nếu hiệu điện anôt và catôt U AK = 1,2V Hiệu điện hãm Uh xạ trên là A 0,62V B 1,2V C 2,4V D 3,6V 0,3 m 33 Chiếu ánh sáng có bước sóng vào catôt tế bào quang điện, dòng quang điện bão hoà có giá trị 1,8mA Biết hiệu suất lượng tử tượng quang điện H = 1% Công suất xạ mà catôt nhận là A 1,49W B 0,149W C 0,745W D 7,45W 34 Chiếu vào catôt tế bào quang điện xạ có bước sóng với công suât P, ta thấy cường độ dòng quang điện bão hoà có gía trị I Nếu tăng công suất xạ thêm 20% thì thấy cường độ dòng bão hoà tăng 10% Hiệu suất lượng tử A tăng 8,3% B giảm 8,3% C tăng 15% D giảm 15% 35 Chiếu xạ điện từ có bước sóng 0,5 m lên mặt kim loại dùng làm catôt tế bào quang điện thu dòng bão hoà có cường độ I bh = 4mA Công suất xạ điện từ là P = 2,4W Hiệu suất lượng tử hiệu ứng quang điện là A 0,152% B 0,414% C 0,634% D 0,966% (7) 36 Một kim loại có công thoát êlectron là 7,2.10 -19 J Chiếu vào kim loại này các xạ có bước sóng λ1=0 ,18 μm, λ 2=0 , 21 μm , λ 3=0 , 32 μm và λ 4=0 , 35 μm Những xạ có thể gây tượng quang điện kim loại này có bước sóng là A λ 1, λ và λ B λ và λ C λ 2, λ và λ D λ và λ (8)