BỔ SUNG LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP ĐIỆN - QUANG

BỔ SUNG LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP ĐIỆN - QUANG A PHẦN LÝ THUYẾT Một electron chuyển động theo phương nằm ngang vào khu vực điện trường đồng có hướng vng góc với phương chuyển động electron Hình Hãy mơ tả quỹ đạo chuyển động electron Cho biết quỹ đạo chuyển động thay điện tử proton? Viết biểu thức xác định (U) hệ gồm cặp điện tích (q1, q2) đặt cách khoảng r12 Giải thích ý nghĩa vật lí cặp điện tích dấu hệ dương cặp điện tích trái dấu hệ âm? Một điện tích âm chuyển động theo hướng điện trường đồng Hỏi: hệ (điện tích – điện trường) tăng hay giảm? Điện tích chuyển động phía điện cao hay thấp? Trình bày (phát biểu biểu thức) định lý O-G nêu ứng dụng Cho ba cầu kim loại giống hệt A, B, C Hai cầu A B tích điện nhau, đặt cách khoảng lớn nhiều so với kích thước chúng Lực tác dụng hai cầu F Quả cầu C khơng tích điện Người ta cho cầu C tiếp xúc với cầu A, sau cho tiếp xúc với cầu B, cuối đưa C xa A B Bây xác định lực tĩnh điện A B Điện trường khí có hướng thẳng đứng xuống (ở độ cao hợp lí) Cường độ 60 V/m độ cao 300m 100 V/m độ cao 200m Tính lượng điện tích chứa khối khơng khí hình lập phương có cạnh 100 m, nằm hai độ cao Tính số ion (hóa trị 1) trung bình chứa m3 khơng khí Nêu nhận xét kết thu Khoảng cách hai tụ điện phẳng khơng khí cm Người ta đặt vào hai hiệu điện V Hỏi tụ điện có bị “đánh thủng” khơng? Cho biết khơng khí trở thành dẫn điện cường độ điện trường lớn giá trị V/m ( thường gọi điện trường đánh thủng) Nếu sau đó, người ta đặt vào hai tụ thủy tinh dày 3mm, với số điện mơi tụ điện có bị hỏng khơng? Biết điện trường đánh thủng thủy tinh V/m Định nghĩa nêu ý nghĩa vật lý điện thế, hiệu điện Công thức liên hệ véc tơ cường độ điện trường điện Cho cầu điện mơi bán kính R tích điện tồn thể tích với tổng Q điện tích khoảng r Diễn giải biểu thức tính điện trường cầu gây điểm cách tâm cầu (chia hai trường hợp r3 , hình ảnh nhiễu xạ bậc nhiễu xạ khác bị chồng lên sin θ k ( 500 nm ) < sin θ k −1 ( 700 nm ) λh = 0, 275 43 Giới hạn quang điện Vônfram μm a) Tính cơng điện tử Vônfram Uh λ = 0,18 b) Nếu chiếu xạ có bước sóng μm vào cần phải đặt hiệu điện kháng để quang điện tử bắn khỏi kim loại bị giữ lại hết không bay sang anốt h = 6, 625 × 10−34 (Cho biết số Planck e = 1, ×10 tử J.s, vận tốc ánh sáng c = 299792458 m/s, điện tích điện −19 C) HD: a) Cơng điện tử Vơnfram: Wth = hc = 4,514 λh (eV) λ = 0,18 b) Khi chiếu xạ có bước sóng μm, điện tử bắn có động K : hc hc hc hc = + Ke → Ke = − = 2, 382 λ λh λ λh (eV) Hiệu điện kháng để quang điện tử bắn khỏi kim loại bị giữ lại hết không bay sang anốt được: Uh = Ke = 2,382 e (V) 44 Một tia gamma lượng 5,5 MeV đến va chạm với electron đứng yên Tìm lượng photon tán xạ góc 60º ( đo MeV) λc = 2, 43 × 10−12 (cho bước sóng Compton m) 40 HD: - Bước sóng photon tới: −34 hc ( 6, 63 ×10 ) ( × 10 ) λ= = = 2, 26 ×10−13 −19 E ( 5,5 × 10 ) ( 1, × 10 ) (m) - Bước sóng photon tán xạ: λ ′ = λ + λc ( − cos θ ) λ ′ = 2, 26 ×10−13 + 2, 43 ×10−12 ( − cos 60o) = 1, 44 ×10−12 m - Năng lượng photon tán xạ: 6, 63 × 10−34 ) ( ×108 ) ( hc E= = = 0,86 λ ′ ( 1, 44 × 10−12 ) ( 1, ×10−19 ) (MeV) 45 Một thấu kính phẳng-lồi có bán kính cong r =6 m R = 16 đặt mặt phản xạ cong có bán kính cong m a (Hình vẽ) Hãy tìm bán kính vân sáng thứ 50 ánh sáng bước sóng 600 nm chiếu vng góc tới mặt phẳng thấu kính HD: Xét điểm P mặt cong thấu kính phẳng-lồi, cách trục đối xứng khoảng a Bề dày d = d1 − d lớp khơng khí điểm với a + ( r − d1 ) = r a2 + ( R − d2 ) = R 2 41 d1 = r Do d1 − d = Từ đó: a ≈ 2rd1 d2 = R nên: 21  a  − ÷ r R Điều kiện vân sáng thứ ak = ( 2k − 1) Suy ra: a ≈ Rd k d1 − d = ( 2k − 1) : λ λ rR R−r a50 = 0, 01689 Bán kính vân sáng thứ 50: m = 16,89 mm 42 nd = 1, 45 46 Trên mặt nước có màng mỏng dầu (chiết suất ánh sáng trắng Độ dày màng mỏng tìm: d = 280 ), chiếu sáng vng góc nn = 1,33 nm chiết suất nước Hãy a) Màu sắc chủ đạo ánh sáng phản xạ b) Màu sắc chủ đạo ánh sáng truyền qua Hãy giải thích kết luận HD: a) Với ánh sáng phản xạ, màu sắc chủ đạo gây giao thoa tăng cường hai tia sáng phản xạ từ mặt (tia 1) mặt (tia 2) màng Tia qua màng dầu lần có quang lộ d1 = 2nd d (khơng bị thay đổi quang lộ phản xạ mặt tiếp xúc dầu nước) tia d2 = λ có quang lộ phản xạ từ mơi trường có chiết suất cao (dầu) sang mơi trường có chiết suất thấp (khơng khí) Hiệu quang lộ chúng là: δ = 2nd d − m= Từ đó: 2nd d − λ Với λ = mλ 0,583 < m < 1,53 400 < λ < 750 ánh sáng khả kiến thu λ = 541,3 m =1 m số nguyên nên , suy nm, tương ứng với ánh sáng màu xanh lục Do m b) Với ánh sáng truyền qua, màu sắc chủ đạo gây giao thoa tăng cường hai tia sáng truyền qua với tia qua màng mỏng lần tia qua màng mỏng lần Cả tia không chịu thay đổi quang lộ phản xạ bên màng dầu Tia qua màng dầu lần d1 = 3nd d có quang lộ (không bị thay đổi quang lộ phản xạ mặt tiếp xúc dầu d = nd d nước) cịn tia có quang lộ Hiệu quang lộ chúng là: δ = 2nd d = mλ 43 m= Từ đó: 2nd d λ 1, 083 < m < 2, 03 400 < λ < 750 Với ánh sáng khả kiến thu m=2 λ = 406 số nguyên nên , suy nm, tương ứng với ánh sáng màu tím 44 Do m m L = 120 47 Một hình ảnh nhiễu xạ hình thành khoảng cách cm từ khe hẹp có độ rộng a = 0, mm Một ánh sáng đơn sắc có bước sóng 546,1 nm sử dụng Tính tỉ lệ cường độ ánh sáng y = 4,1 I I0 điểm nằm màn, cách cực đại trung tâm khoảng cực đại trung tâm I0 mm, với cường độ sáng HD: y = 4,1 Tại điểm nằm cách cực đại trung tâm mm, góc lệch sin θ ≈ θ với: y L Cường độ ánh sáng điểm đó:  sin α  I = I0  ÷  α  α= , với πa sin θ = 7,86 λ (rad) I I = 0.0162 Từ đó: 48 Tính khoảng cách hai vật Sao Hỏa cho chúng phân biệt điều kiện lý tưởng người quan sát Trái Đất, sử dụng: a) Mắt thường b) Kính thiên văn đường kính 5,1 m Sử dụng số liệu sau: khoảng cách Trái Đất-Sao Hỏa mm, bước sóng ánh sáng 550 nm ×107 km, đường kính HD: Với L khoảng cách từ người quan sát (trên Trái Đất) đến vật (trên Sao Hỏa), khoảng cách nhỏ D = Lθ R hai vật θR a) Với góc θ R = 1, 22 λ d nhỏ, với d đường kính cửa nhận ánh sáng 45 D= 1, 22 Lλ = 1, 074 ×107 m = 1, 074 ×104 km d Khoảng cách lớn đường kính Sao Hỏa, mắt thường phân biệt vùng khác hành tinh d = 5,1 b) Khi sử dụng kính thiên văn với đường kính cửa nhận ánh sáng D= m: 1, 22 Lλ = 1, 0525 ×104 m = 10,525 km d 46 49 Một cách tử nhiễu xạ có bề rộng 20 mm, gồm 6000 vạch Ánh sáng bước sóng 589 nm chiếu vng góc tới cách tử Hãy tìm giá trị lớn nhất, lớn thứ 2, lớn thứ góc quan sát cực đại chiếu nằm cách xa cách tử θ , HD: Chu kỳ cách tử là: d = 20 mm 6000 = 0, 00333 mm = 3, 33 µ m Đối với cực đại giao thoa khe hẹp: sin θ = k k ≤ d λ = 3,33 0,589 ≈ 5,653 Suy ra: Do - Góc lệch lớn tương ứng với - Góc lệch lớn thứ tương ứng với - Góc lệch lớn thứ tương ứng với k λ ≤1 d số nguyên nên: k =5 k =4 k =3  λ θ5 = arcsin  ÷ = 62,18o  d là  λ θ = arcsin  ÷ = 45, 03o  d  λ θ3 = arcsin  ÷ = 32, 05o  d 50 Hiệu điện kháng điện tử bắn từ bề mặt vật liệu chiếu với ánh sáng bước λ1 = 491 sóng λ2 U h1 = 0, 71 nm V Khi thay đổi bước sóng ánh sáng tới thành , hiệu điện kháng U h = 1, 43 V a) Tìm giá trị bước sóng? b) Cơng thoát vật liệu bao nhiêu? h = 6, 625 × 10−34 (Cho biết số Planck J.s, vận tốc ánh sáng e = 1, ×10 −19 tử C) HD: 47 c = 299792458 m/s, điện tích điện λh Ke Gọi giới hạn quang điện vật liệu, kháng Uh động điện tử bắn hiệu điện hc hc hc = + Ke = + eU h λ λh λh hc hc − = e ( U h1 − U h ) λ1 λ2 Từ có: λ2 = 382 , suy Φ= nm hc hc = − eU h1 = 1,815 λh λ1 Cơng vật liệu: eV λ = 590 51 Xem xét tán xạ ánh sáng bước sóng Cho góc tán xạ 90º so với hướng chùm tia tới nm điện tử tự do, ban đầu đứng yên ∆λ λ ∆λ a) Tính độ dịch chuyển Compton tuyệt đối tương đối ∆Eph b) Tính độ thay đổi lượng photon sau tán xạ? ? Tính giá trị với lượng photon ban đầu 50 keV (trong vùng tia X) HD: Độ dịch chuyển Compton: ∆λ λ = ∆λ = λC ( − cos φ ) ∆λ = 2, 426 × 10−12 Từ đó: λC ( − cos φ ) λ λC = h = 2, 426 ×10−12 me c với m ∆λ λ = 4,11×10−6 m ∆Eph = Độ thay đổi lượng photon sau tán xạ: hc hc − = −8, 64 ×10 −6 λ + ∆λ λ ∆λ λ = 9.78 ×10 −2 λ = 2, 48 ×10 −11 Với lượng photon ban đầu 50 keV, m 48 (eV) ∆Eph = Độ thay đổi lượng photon sau tán xạ: hc hc − = −4, 46 λ + ∆λ λ 49 (keV) ... 10 -27 kg, điện tích proton q = 1,6 × 10 -19 C Tính: a) Gia tốc chuyển động proton b) Thời gian để proton đạt vận tốc c) Quãng đường proton khoảng thời gian d) Động proton thời điểm đó? HD: a)... chịu thay đổi quang lộ phản xạ bên màng dầu Tia qua màng dầu lần d1 = 3nd d có quang lộ (khơng bị thay đổi quang lộ phản xạ mặt tiếp xúc dầu d = nd d nước) tia có quang lộ Hiệu quang lộ chúng... dịch chuyển Compton tuyệt đối tương đối ∆Eph b) Tính độ thay đổi lượng photon sau tán xạ? ? Tính giá trị với lượng photon ban đầu 50 keV (trong vùng tia X) HD: Độ dịch chuyển Compton: ∆λ λ = ∆λ