C. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM.
10. Tia laze là ánh sáng kết hợp, cĩ tính đơn sắc cao Chùm tia laze cĩ tính định hướng cao, cĩ cường
độ lớn.
II.BÀI TẬP
Dạng 1:Xác định các đại lượng đặc trưng của hiện tượng quang điện
• Phơtơn cĩ tần số f mang năng lượng:
λ ε =hf =hc • Hiện tượng quang điện:
7
Tài liệu ơn Lí thuyết vật lí thi TNTHPT-Trường THPT Hạ Lang – Cao Bằng - Cơng thức Anh-xtanh: hf A wđmax A mv20max
2 1 + = + = = ε
- Giới hạn quang điện:
A hc
=
0
λ
- Hiệu điện thế hãm: e 20max 2
1
mv eU
UAK = h =
* Lưu ý đơn vị : 1eV = 1,6.10-19 J
Ví dụ 1.1: Chiếu bức xạ cĩ bước sĩng 0,18µm vào một tấm kim loại, các eeletron bắn ra với động
năng ban đầu cực đại 6eV.
a) Tính năng lượng của phơtơn chiếu vào kim loại. b) Tính cơng thốt của kim loại.
c) Khi chiếu bức xạ cĩ bước sĩng λ'=0,52µm vào tấm kim loại trên thì hiện tượng quang điện cĩ xảy ra khơng? Vì sao? Nếu cĩ, tính vận tốc cực đại của êlectron được bắn ra.
(Đáp số: a) ε = 11,04.10-19J. b) A = 1,44.10-19 . c)v'0max=7,23.105m/s.)
Ví dụ 1.2: Catơt của tế bào quang điện làm bằng xêdi cĩ giới hạn quang điện 0,66µm.
a) Chiếu ánh sáng nhìn thấy vào tế bào quang điện này thì hiện tượng quang điện cĩ xảy ra khơng, vì sao?
b) Chiếu ánh sáng đơn sắc cĩ bước sĩng 0,56µm vào tế bào quang điện này, tìm động năng ban
đầu cực đại của êlectron quang điện. Nếu muốn triệt tiêu hồn tồn dịng quang điện phải đặt giữa anơt và catơt của tế bào quang điện một hiệu điện thế hãm bằng bao nhiêu.
(Đáp số: a)λ〈λ0 =0,66µm;b) Uh =0,336V.)
Ví dụ 1.3: Catơt của tế bào quang điện làm bằng đồng, cơng thốt của êlectron khỏi đồng là 4,47eV.
a) Tính giới hạn quang điện của đồng.
b) Chiếu đồng thời 2 bức xạ điện từ cĩ bước sĩng λ1 =0,210µm và λ2 =0,320µmvào catơt của tế bào quang điện trên, phải đặt hiệu điện thế hãm bằng bao nhiêu để triệt tiêu dịng quang điện.
(Đáp số: a)λ =0 0,278µm. b)Uh =1,446V )
Ví dụ 1.4: Cơng thốt của êlectron đối với đồng là 4,47eV.
a) Khi chiếu bức xạ cĩ bước sĩng λ =0,14µm vào một quả cầu bằng đồng cách li với các vật khác thì quả cầu được tích điện đến hiệu điện thế cực đại là bao nhiêu?
b) Khi chiếu bức xạ cĩ bước sĩng λ' vào quả cầu bằng đồng cách li với các vật hác thì quả cầu đạt hiệu điện thế cực đại 3V. Tính λ'và vận tốc ban đầu của các êlectron quang điện.
(Đáp số: a) Vmax =4,402V b) c)λ' =0,166µm v' 1,027.106m/s
0 = )
Dạng 2. Cơng suất và hiệu suất của hiện tượng quang điện
• Cơng suất của nguồn : P = nλε
(nλ: số phơtơn ứng với bức xạ λ phát ra trong 1 giây)
• Cường độ dịng điện bão hồ: Ibh = nee
(ne: số êlectron quang điện từ catơt đến anơt trong 1 giây)
• Hiệu suất quang điện: H
λ
n ne
=
Ví dụ 2.1: Kim loại làm catơt của tế bào quang điện cĩ giới hạn quang điện 0,32µm. Chiếu ánh sáng
cĩ bước sĩng 0,25µm vào catơt của tế bào quang điện trên.
a) Tính vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện.
b) Biết rằng các êlectron thốt ra đều bị hút về anơt, cường độ dịng quang điện bão hồ bằng 0,7mA. Tính số êlectron thốt ra khỏi catơt trong mỗi giây.
(Đáp số: a) v 6,18.105m/s
max
0 = b) n = 4,375.10e 15 )
8
Tài liệu ơn Lí thuyết vật lí thi TNTHPT-Trường THPT Hạ Lang – Cao Bằng
Ví dụ 2.2 Cơng thốt của êlectron đối với natri là 2,48eV. Catơt của tế bào quang điện làm bằng natri
được chiếu sáng bởi bức xạ cĩ bước sĩng λ =0,36µm thì cĩ dịng quang điện bão hồ Ibh = 50mA. a) Tính giới hạn quang điện của natri.
b) Tính vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện.
c) Hiệu suất quang điện bằng 60%, tính cơng suất của nguồn bức xạ chiếu vào catơt.
(Đáp số: a)λ0 =0,5µm;b) v 5,84.105m/s
max
0 = ;c) P ≈0,29W .)
Ví dụ 2.3: Một đèn phát ra ánh sáng c ĩ bước sĩng 0,4µm dùng để chiếu vào catơt của tế bào
quang điện. Giới hạn quang điện của kim loại làm catơt là 0,55µm
a) Tính vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện.
b) Bề mặt catơt của tế bào quang điện nhận được cơng suất chiếu sáng P =3,5mW ,
mA
Ibh =7,3.10−3 . Tìm hiệu suất quang điện.
(Đáp số: a) v0max = 5,457.105 m/s ; b) H = 0,65%)
Ví dụ 2.4: Khi chiếu bức xạ cĩ bước sĩng λ=0,405µm vào bề mặt catơt của một tế bào quang điện thì tạo ra dịng quang điện bão hịa cĩ cường độ Ibh =98mA. Người ta làm triệt tiêu dịng quang điện này bằng một hiệu điện thế hãm Uh = 1,26V.
a) Tìm vân tốc ban đầu cực đại của các êlectron quang điện. b) Tìm cơng thốt êlectron của kim loại dùng làm catơt.
c) Cơng suất của nguồn bức xạ chiếu vào catơt là 6W, tính hiệu xuất quang điện.
Đáp số:a) v0max = 6,656.105 m/s.b) A = 2,89J. c) H = 50%
Dạng 3. Ứng dụng của hiện tượng quang điện để tính các hằng số h,e,A.
- Năng lượng của phơtơn: hf hc. λ = = ε - Cơng thức Anh-xtanh: mv . 2 1 A+ 20max = ε
- Hiệu điện thế hãm: eUh = mv . 2
1U U
e AK = 20max
Ví dụ 3.1: Chiếu bức xạ cĩ bước sĩng λ=0,279µm vào một kim loại thì cĩ hiện tượng quang điện và các eelectron quang điện bắn ra đều bị giữ lại bởi hiệu điện thế hãm Uhl = 0,66V. Khi chiếu bức xạ
m245 245 , 0
2 = µ
λ vào kim loại đĩ thì các eelectron quang điện đều bị giữ lại bởi hiệu điện thế Uh2 = 1,26V.
Cho: c = 3.108 m/s; e = 1,6.10-19C. Tính hằng số Plăng.
(Đáp số: h = 6,433.10-34Js)
Ví dụ 3.2: Lần lượt chiếu hai bức xạ cĩ bước sĩng λ1 =0,405µm, λ2 =0,436µmvào bề mặt của một kim loại và đo hiệu điện thế hãm tương ứng Uh1 = 1,15V; Uh2 = 0,93V. Tính cơng thốt của kim loại đĩ.
(Đáp số: A ≈1,92eV )
Ví dụ 3.3: Chiếu bức xạ bước sĩng 0,35 µmvào một kim loại, các êlectron quang điện bắn ra đều bị giữ lại bởi một hiệu điện thế hãm. Khi thay chùm bức xạ cĩ bước sĩng giảm 0,05µmthì hiệu điện thế hãm tăng thêm 0,59V. Tính điện tích của êlectron quang điện.
Cho biết: h = 6,625.10-34J.s; c = 3.108m/s.
(Đáp số: e=1,604.10−19(C).)
Ví dụ 3.4 Khi chiếu một chùm ánh sáng và một kim loại thì cĩ hiện tượng quang điện xảy ra. Nếu dùng
hiệu điện thế hãm bằng 3V thì các êlectron quang điện bị giữ lại khơng bay sang anơt được. Cho biết 9
Tài liệu ơn Lí thuyết vật lí thi TNTHPT-Trường THPT Hạ Lang – Cao Bằng
giới hạn quang điện của kim loại đĩ là λ =0 0,5µm . Tính tần số của chùm ánh sáng tới kim loại. (Đáp số: f =13,245.1014Hz)
Dạng 4: Mẫu nguyên tử Bo
* Năng lượng của nguyên tử gồm động năng của êlêctrơnvà thế năng tương tác giữa e và hạt nhân. - Năng lượng của nguyên tử Hiđrơ
En = 132,6
n
− (eV) n là lượng tử số n = 1,2,3…ứng với K,L,M,…
- Nguyên tử tồn tại lâu dài ở trang thái cơ bản cĩ mức năng lượng thấp nhất. n = 1 ⇒ E1 = -13,6 eV.
- Bán kính của các quỹ đạo dừng: rn = n2r0
r0 = 5,3.10-11m là bán kính nhỏ nhất của nguyên tử ở trạng thái cơ bản * Tần số của phơtơn bức xạ f = h E E c = m− n λ , Em > En
* Ghi chú: Cĩ thể dùng tới các kiến thức về : Định luật Cu – lơng, lực hướng tâm, lực Lo-ren- xỏ…
Ví dụ 4.1: Nguyên tử hiđrơ gồm một hạt nhân và một e quay xung quanh hạt nhân này. Bán kính quỹ
đạo dừng thứ nhất là r1 = 5,3.10-11m.
a)Tính vận tốc và số vịng quay của e trong 1 giây.(2,2.106m/s, Ta cĩ: n1 = 6,6.1015vịng/s)
b)Tính vận tốc, động năng, thế năng và năng lượng của e trên quỹ đạo thứ hai (W đ2 =3.396(eV),
) ( 792 , 6 2 eV W t =− ,W2 =−3,396(eV)
Ví dụ 4.2: Êlêctrơn trong nguyên tử hiđrơ chuyển từ mức năng lượng thứ 3 về mức năng lượng thứ
nhất. Tính năng lượng phơtơn phát ra và tần số của phơtơn đĩ.
Đáp số: a) 12,088eV, b) f ≈2,92.1015Hz
Dạng 5: Quang phổ vạch của nguyên tử hiđrơ
- Áp dụng cơng thức: hc E Em− n = λ 1 với m > n
- Cơng thức Ban- me tính bước sĩng của các vạch quang phổ: 1 ( 12 12) m n R − = λ
Với m,n là các số dương m > n và R là hằng số Rit-be, R =
hc 6 , 13 . 10 δ γ H β H P O K L M N
Dãy Ban-me Dãy Pa-sen
Tài liệu ơn Lí thuyết vật lí thi TNTHPT-Trường THPT Hạ Lang – Cao Bằng
Ví dụ 5.1: trong quang phổ hiđrơ, bước sĩng λ(µm) của các vạch quang phổ như sau: Vạch thứ nhất của dãy Lai-man λ21=0,1216µm
Vạch Hαcủa dãy Ban- me λα =0,6563µm
Vạch đầu của dãy Pa-sen λ43=1,8751µm
Tính bước sĩng của hai vạch quang phổ thứ hai, thứ ba của dãy Lai-man và của vạch Hα.
(Đáp số: a) λ31=0,1026µm b) λ42 =0,4861µm)
Ví dụ 5.2: Trong quang phổ hiđrơ, vạch đầu tiên của dãy ban me cĩ bước sĩngλ32=656,3nm. Tính bước sĩng của các vạch cịn lại trong dãy Ban- me, các vạch đầu của dãy Lai-man và dãy Pa-sen.
( Đáp số: 486,1nm; 434nm; 410,1nm; 121,5nm; 1875nm.