Phương pháp học nhanh Vật lí Lớp 12 - Tập 2 - Chuyên đề 4: Lượng tử ánh sáng - Chủ đề 25: Hiện tượng quang điện ngoài - Phạm Hồng Vương

Nội dung text: Phương pháp học nhanh Vật lí Lớp 12 - Tập 2 - Chuyên đề 4: Lượng tử ánh sáng - Chủ đề 25: Hiện tượng quang điện ngoài - Phạm Hồng Vương

1. CHỦ ĐỀ 25. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Định nghĩa Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (hay còn gọi là hiện tượng quang điện ngoài). Các êlectron bị bật ra trong hiện tượng này gọi là các êlectron quang điện hay quang êlectron. 2. Định luật về giới hạn quang điện: Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện λ0 của kim loại đó (λ ≤ λ0) mới gây ra được hiện tượng quang điện. Chú ý: Nếu chiếu đồng thời 2 bức xạ λ 1, λ2 và cả 2 bức xạ cùng gây ra hiện tượng quang điện thì ta tính toán với bức xạ có bước sóng bé hơn. 3. Giả thuyết Plăng: Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hoặc phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định, được gọi là lượng tử năng lượng và được kí hiệu là ɛ: hc -34  hf Trong đó: h = 6,625.10 J.s gọi là hằng số Plăng.  4. Giới hạn quang điện: hc  của mỗi kim loại là đặc trưng riêng của kim loại đó và cũng chính là bước sóng lớn nhất của 0 A ánh sáng kích thích. Trong đó: A là công thoát của êléctron (đơn vị: Jun). 5. Thuyết lượng tử ánh sáng (thuyết phôtôn) của Anh-xtanh + Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn. + Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng ɛ = hf. + Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108 m/s dọc theo các tia sáng. + Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn. + Năng lượng của mỗi phôtôn rất nhỏ. Một chùm sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều phôtôn do rất nhiều nguyên tử, phân tử phát ra. Vì vậy ta nhìn thấy chùm sáng là liên tục. + Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử không bị thay đổi, không phụ thuộc khoảng cách tới nguồn sáng. 6. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt. Trong mỗi hiện tượng quang học, khi tính chất sóng thể hiện rõ thì tính chất hạt lại mờ, và ngược lại. Thể hiện tính chất sóng Thể hiện tính chất hạt • Hiện tượng giao thoa • Hiện tượng quang điện. • Hiện tượng nhiễu xạ • Hiện tượng gây phát quang. • Hiện tượng tán sắc • Tính đâm xuyên, gây ion hóa chất khí, Trang 1
2. 7. Công suất bức xạ của nguồn sáng: hc P n . n .hf n . . f f f  Với nf là số phôtôn nguồn phát ra trong 1s. 8. Động lượng của phôtôn: h  p m .c ; Với mph là khối lượng tương đối tính của phôtôn. ph  c 9. Công thức Anh-xtanh: 1 1 2hc 1    A m.v2 v 0 ; với h.c = 1,9875.10-25 2 omax omax m 10. Định lí động năng: 1 1 W A mv2 m.v2 q.U qV V d FE 2 t 2 o MN M N Bài toán 1: Tính điện thế của quả cầu cô lập về điện Trường hợp chiếu bức xạ có bước sóng λ ≤ λ 0 vào quả cầu kim loại cô lập, các êlectron quang điện được bứt ra khỏi quả cầu, điện tích dương của quả cầu tăng dần nên điện thế V của quả cầu tăng dần. Điện thế V = Vmax khi các êlectron quang điện bứt ra khỏi quả cầu đều bị lực điện trường hút trở lại quả cầu. - Áp dụng định lí động năng với lưu ý: Vt = 0, VM = Vmax, VN = V∞ = 0, ta có: mv2 omax e.V 2 max hc A - Áp dụng công thức Anh-xtanh, ta có: V  max e - Đối với quả cầu kim loại bán kính R, ta có thể tính được điện tích cực đại Qmax của quả cầu: Q V k. max ;với k = 9.109 (Nm2/C2) max R Bài toán 2: Cho hiệu điện thế UAK đặt vào tế bào quang điện, tính vận tốc của e khi đập vào anốt 1 1 1 - Khi êlectron được tăng tốc: mv2 mv2 e.U mv2 e  A e.U 2 2 o AK 2 AK vận tốc v 1 1 - Khi êlectron bị giảm tốc: mv2 mv2 e. U vận tốc v 2 2 o AK Lưu ý đổi đơn vị: 1 MeV = 106 eV; 1 eV = 1,6.10-19 J; 1 MeV = 1,6. 10-13 J; 1 A0 = 10-10 m. 11. Cường độ dòng quang điện bão hòa: Trang 2
3. q I n .e ; Với n là số êlectron bứt ra khỏi K trong 1s bh t e e n 12. Hiệu suất lượng tử : H e nf 13. Điều kiện để dòng quang điện triệt tiêu : UAK £ Uh (Uh < 0), Uh gọi là hiệu điện thế hãm 2 m.vomax hc 1 1 e.Uh e.Uh hf A Uh 2 e  0 Chú ý: Trong một số bài toán người ta lấy Uh 0 thì đó là độ lớn. 14. Tính khoảng cách xa nhất mà mắt còn trông thấy nguồn sáng Gọi P là công suất của nguồn sáng phát ra bức xạ λ đẳng hướng, d là đường kính của con ngươi, n là độ nhạy của mắt (số phôtôn ít nhất lọt vào mắt mà mắt còn phát hiện ra). Ta có: P P - Số phôtôn của nguồn sáng phát ra trong 1 giây: n   hc - Gọi D là khoảng cách từ mắt đến nguồn sáng, thì số phôtôn trên được phân bố đều trên mặt hình cầu có bán kính là D. h P - Số phôton qua 1 đơn vị diện tích của hình cầu trong 1 giây là: k  4 D2 h.4 D2 2 d d2 P Pd2 - Số phôtôn lọt vào con ngươi trong 1 giây là: N .k 2 2 2 4 hc.4 D 16hc.D - Để mắt còn nhìn thấy được nguồn sáng thì: Pd2 d P d P N n n D D 16hc.D2 4 nhc max 4 n.hc 15. Khi êlectron quang điện bay trong điện trường U Lực điện trường tác dụng lên êlectron: FE = e.E; với điện trường đều thì E d + Khi các quang êlectron bật ra khỏi catốt chịu lực điện trường thì thu gia tốc F e.E e U a E . m m m d Bài toán: Tính khoảng cách S tối đa mà êlectron rời xa được bản cực Nếu điện trường cản là đều có cường độ E và êlectron bay dọc theo đường sức điện thì quãng đường tối đa mà êlectron có thể rời xa được catốt là: 1 m.v2 1 omax  A m.v2 e.E.S S 2 2 omax max max e.E e.E Bài toán: Tính bán kính lớn nhất của vòng tròn trên bề mặt anốt mà các êlectron tới đập vào Trang 3
4. Êlectron sẽ bị lệch nhiều nhất khi vận tốc ban đầu v 0 vuông góc với bề mặt catốt (vuông góc với các đường sức điện), ta quy về bài toán chuyển động ném ngang. Xét trục tọa độ xOy: + Trục Ox: x = v0max t = Rmax 1 2 1 e.E 2 + Trục Oy: y = a.t . .t d (với d là khoảng cách giữa hai bản cực) t Rmax = v0maxt 2 2 m e UAK 2me - Nếu ta thay a . thì: R max v0max .t v0max .d. m d e.UAK 2 m.vomax Uh - Nếu thay tiếp v0max từ biểu thức e.Uh thì R max 2d 2 UAK 16. Khi êlectron quang điện bay trong từ trường + Lực Lorenxơ tác dụng lên êlectron: FL e.B.v0max .sin   + Nếu v0  B thì quỹ đạo êlectron là đường tròn R: v2 m.v F F m 0 e v B R 0 ht L R 0 e .B m.v Nếu êlectron có v thì: R R 0max 0max max e .B   + Nếu v0 xiên góc với B thì quỹ đạo êlectron là đường ốc với bán kính vòng ốc: m.v R 0 e .Bsin 17. Khi êlectron quang điện bay theo phương ngang trong miền có cả điện trường và từ trường, Để êlectron không bị lệch khỏi phương ban đầu thì: FE FL E B. v0max CÁC VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH Ví dụ 1: Một ngọn đèn ra pha ánh sáng màu đỏ có bước sóng λ = 0,7 µm. Hãy xác định năng lượng của phôtôn ánh sáng? A. 1,77 MeVB. 2,84 MeVC. 1,77 eVD. 2,84 eV Giải hc 6,625.10 3.3.108 Ta có:  1,77 eV  0,7.10 6.1,6.10 19 Chọn đáp án C. Ví dụ 2: Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đỏ với công suất P = 2W, bước sóng của ánh sáng λ = 0,7 µm. Xác định số phôtôn đèn phát ra trong 1s? A. 7,04.1018 hạtB. 5,07.10 20 hạt C. 7.1019hạtD. 7.10 21 hạt Giải hc P. 2.0,7.10 6 Ta có: P n n 7.04.1018    hc 6,625.10 24.3.108 Chọn đáp án A. Trang 4
5. Ví dụ 3: Một tấm kim loại có giới hạn quang điện λ 0 = 0,6 µm, được chiếu sáng bởi bức xạ đơn sắc có bước sóng λ = 0,7µm. Hãy xác định vận tốc cực đại của e quang điện? A. 3,82.106m/s B. 4,57.105 m/s C. 5,73.104m/sD. Hiện tượng quang điện không xảy ra. Giải Vì λ > λ0 hiện tượng quang điện không xảy ra Chọn đáp án D. Ví dụ 4: Một tấm kim loại có giới hạn quang điện λ 0 = 0,6 µm, được chiếu sáng bởi bức xạ đơn sắc có bước sóng λ = 0,5µm. Hãy xác định vận tốc cực đại của e quang điện? A. 3,82.105m/s B. 4,57.105 m/s C. 5,73.104m/sD. Hiện tượng quang điện không xảy ra. Giải hc hc 1 2 2hc 1 1 5 Áp dụng công thức: m.vmax v0 3,82.10 (m/s)  o 2 m  o Chọn đáp án A. Ví dụ 5: Chiếu bức xạ có bước sóng phù hợp vào một tấm kim loại, thì hiện tượng quang điện xảy ra. Người ta đo được cường độ dòng quang điện bão hòa là I = 2mA. Hãy xác định số e quang điện phát ra trong một giây? Cho e = l,6.10-19C. A. 1,25.1016 hạtB. 2.10 16 hạtC. 2,15.10 16 hạtD. 3.10 15 hạt Giải I 2.10 3 Ta có: I n .e n 1,25.1016 e e e 1,6.10 19 Chọn đáp án A. Ví dụ 6: Một tấm kim loại có giới hạn quang điện λ 0 = 0,6 µm, được chiếu sáng bởi 2 bức xạ đơn sắc có bước sóng λ1 = 0,5 µm và λ2 = 0,55 µm. Hãy xác định vận tốc cực đại của e quang điện? A. 3,82.105 m/s B. 4,57.103 m/s C. 5,73.104 m/sD. Hiện tượng quang điện không xảy ra Giải Khi tấm kim loại bị chiếu sáng bởi 2 hay nhiều bức xạ khác nhau thì khi tính v max hoặc Uh lớn nhất theo bức xạ có năng lượng lớn nhất (tức là có bước sóng nhỏ nhất). Vì λ1 < λ2 . Nên khi tính Vmax ta tính theo λ1 2hc 1 1 Áp dụng công thức: vo m  0 Chọn đáp án A. Ví dụ 7: Chiếu vào catốt của một tế bào quang điện các bức xạ có bước sóng λ = 400nm và λ 1 = 0,25µm thì thấy vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện gấp đôi nhau. Xác định công thoát êlectron của kim loại làm catốt? A. A = 3, 9750.1019JB. A = 1,9875.10 -19 J C. A = 5,9625.1019JD. A = 2,385.10 -19 J Trang 5
6. Giải Gọi v1 là vận tốc ban đầu cực đại của e quang điện khi chiếu λ 1 vào tế bào quang điện v là vận tốc ban đầu cực đại của e quang điện khi chiếu λ vào tế bào quang điện. Theo đề λ1 Wđ1max = 4Wđmax. Ta có hệ phương trình sau: hc hc A Wd max (1) và A 4Wd max (2).  1 1 1 1 19 Giải hệ ta được: A .hc. 3,975.10 a J 3  1 Chọn đáp án A. Ví dụ 8: Chiếu lần lượt các bức xạ có tần số f, 3f, 5f vào catốt của tế bào quang điện thì vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện lần lượt là v, 3v, kv. Giá trị k là A. 34 B. 5C. 17 D. 15 Giải Theo đề ta có: hf = A + Wđmax (1) 3.hf = A + 9 Wđmax (2) Trừ (2) cho (1) vế theo vế ta có: 2hf = 8Wđmax hf = 4 Wđmax (3) Thay (3) vào (1) ta có: A = hf – Wđmax = 3Wđmax. 2 5hf = A + k .Wđmax 2 2 5.4Wđmax = 3Wđmax + k .Wđmax k = 17. k = 17 Chọn đáp án C. Ví dụ 9: Catốt của tế bào quang điện chân không là một tấm kim loại phẳng có giới hạn quang điện là 0 0,6µm . Chiếu vào catốt ánh sáng có bước sóng λ = 0,5 µm. Anốt cũng là tấm kim loại phẳng cách catốt 1cm. Giữa chúng có một hiệu điện thế 10V. Tìm bán kính lớn nhất trên bề mặt anốt có quang êlectron đập tới? A. R = 4,06 mmB. R = 4,06 cmC. R = 8,1 mmD. 6,2 cm Giải U Áp dụng công thức: R 2d h U hc 1 1 Với Uh  Uh 0,414 (V) e  0 U Bán kính lớn nhất trên bề mặt anốt có quang êlectron đập tới là R 2d h 4,06 mm U Chọn đáp án A. II. BÀI TẬP A. KHỞI ĐỘNG: NHẬN BIẾT Trang 6
7. Bài 1: Theo thuyết lượng tử ánh sáng, thì kết luận nào sau đây là sai? A. Chùm ánh sáng là chùm hạt phôtôn, mỗi hạt phôtôn đều mang một năng lượng xác định B. Các phôtôn đều giống nhau và chỉ tồn tại khi chuyển động C. Tốc độ của các phôtôn phụ thuộc vào môi trường chúng chuyển động D. Các nguyên tử, phân tử bức xạ sóng điện từ chính là bức xạ ra các phôtôn Bài 2: Giới hạn quang điện của kim loại kiềm nằm trong vùng: A. hồng ngoại B. ánh sáng nhìn thấy C. tử ngoại D. không thuộc 3 vùng trên Bài 3: Chiếu một chùm tia hồng ngoại vào một lá nhôm tích điện âm thì: A. Lá nhôm trở nên trung hoà về điện B. Lá nhôm mất dần điện tích âm C. Điện tích của lá nhôm không đổi D. Lá nhôm mất dần điện tích dương Bài 4: Công thoát của êlectron đối với một kim loại là 2,3 eV. Hãy cho biết nếu chiếu lên bề mặt kim loại này lần lượt hai bức xạ có bước sóng là λ 1 = 0,45 µm và λ2 = 0,50 µm. Hãy cho biết bức xạ nào có khả năng gây ra hiện tượng quang điện đối với kim loại này? A. Chỉ có bức xạ có bước sóng λ2 là có khả năng gây ra hiện tượng quang điện B. Cả hai bức xạ trên đều không thể gây ra hiện tượng quang điện C. Cả hai bức xạ trên đều có thể gây ra hiện tượng quang điện D. Chỉ có bức xạ có bước sóng λ1 là có khả năng gây ra hiện tượng quang điện Bài 5: Khi chiếu ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm tích điện âm trên một điện nghiệm, thì hai lá điện nghiệm sẽ: A. xoè ra nhiều hơn trước B. cụp xuống. C. không cụp xuống D. cụp xuống rồi lại xoè ra Bài 6: Chọn đáp án đúng? Theo thuyết phôtôn về ánh sáng thì: A. năng lượng của mọi phôtôn đều bằng nhau. B. năng lượng của một phôtôn bằng một lượng tử năng lượng  hc /  với λ là bước sóng ánh sáng. C. năng lượng của phôtôn trong chân không giảm khi nó đi xa dần nguồn sáng. D. tốc độ của hạt phôtôn trong chân không giảm dần khi nó đi xa dần nguồn sáng. Bài 7: Một kim loại có công thoát của êlectron là 4,55 eV. Chiếu tới kim loại đó bức xạ điện từ I có tần số 1,05.1015 Hz; bức xạ điện từ II có bước sóng 0,25 µm. Chọn đáp án đúng? A. Cả hai bức xạ đều gây hiệu ứng quang điện ngoài. B. Bức xạ II không gây ra hiệu ứng quang điện ngoài, bức xạ I có gây ra hiệu ứng quang điện ngoài. C. Bức xạ I không gây hiệu ứng quang điện ngoài, bức xạ II có gây ra hiệu ứng quang điện ngoài D. Cả hai bức xạ đều không gây hiệu ứng quang điện ngoài Bài 8: Chiếu lần lượt hai chùm bức xạ có bước sóng λ 1, λ2 (λ1< λ2) vào quả cầu cô lập trung hòa về điện thì nó có điện thế cực đại tương ứng V 1, V2. Chiếu đồng thời hai chùm bức xạ trên vào quả cầu này thì điện thế cực đại của nó là: Trang 7
8. A. V = V1+V2 B. V = V1-V2 C. V = V1 D. V = V2 Bài 9: Một chùm ánh sáng đơn sắc tác dụng lên bề mặt một kim loại và làm bứt các êlectron ra khỏi kim loại này. Giả sử mỗi phôtôn trong chùm sáng chiếu tới kim loại làm bật ra một êlectron. Nếu tăng cường độ chùm sáng đó lên ba lần thì: A. động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện tăng ba lần. B. động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện tăng chín lần C. công thoát của êlectron giảm ba lần D. số lượng êlectron thoát ra khỏi bề mặt kim loại đó trong mỗi giây tăng ba lần Bài 10: Theo thuyết lượng tử ánh sáng, điều nào sau đây sai: A. Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn có trong chùm B. Năng lượng các phôtôn giảm dần theo quãng đường truyền đi. C. Nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay bức xạ ánh sáng tức là hấp thụ hay bức xạ phôtôn. D. Chùm tia sáng xem như chùm hạt, mỗi hạt gọi là phôtôn. Bài 11: Theo quan điểm của thuyết lượng tử ánh sáng phát biểu nào sau đây là không đúng? A. Chùm ánh sáng là một dòng hạt, mỗi hạt là một phôtôn mang năng lượng. B. Khi ánh sáng truyền đi các phôtôn ánh sáng có năng lượng không đổi, không phụ thuộc khoảng cách đến nguồn sáng. C. Các phôtôn có năng lượng bằng nhau vì chúng lan truyền với vận tốc bằng nhau. D. Cường độ chùm sáng tỉ lệ thuận với số phôtôn trong chùm. Bài 12: Khi nói về phôtôn, phát biểu nào dưới đây là đúng? A. Năng lượng của phôtôn càng lớn khi bước sóng ánh sáng ứng với phôtôn đó càng lớn B. Phôtôn có thể tồn tại trong trạng thái đứng yên. C. Năng lượng của phôtôn ánh sáng tím nhỏ hơn năng lượng của phôtôn ánh sáng đỏ. D. Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều mang năng lượng như nhau. Bài 13: Phát biểu nào sau đây là không đúng? A. Động năng ban đầu cực đại của quang êlectron phụ thuộc cường độ của chùm ánh sáng kích thích B. Động năng ban đầu cực đại của quang êlectron phụ thuộc bước sóng của ánh sáng kích thích C. Động năng ban đầu cực đại của quang êlectron phụ thuộc tần số của chùm ánh sáng kích thích D. Động năng ban đầu cực đại của quang êlectron phụ thuộc vào bản chất của kim loại Bài 14: Khi các phôtôn có năng lượng hf chiếu vào tấm nhôm có công thoát là A, các êlectron giải phóng ra có động năng ban đầu cực đại là W ođmax. Nếu tần số bức xạ chiếu tới tăng gấp đôi thì, thì động năng ban đầu cực đại êlectron quang điện là: A. Wođmax + hfB. W ođmax C. Wođmax + AD. 2.W ođmax Bài 15: Chiếu chùm sáng đơn sắc lên bề mặt tấm kim loại nhiễm điện âm. Để có hiện tượng quang điện thì: A. năng lượng của một phôtôn trong chùm sáng lớn hơn công thoát. B. cường độ chùm sáng phải lớn hơn một giá trị xác định C. cường độ chùm sáng phải nhỏ hơn một giá trị xác định D. năng lượng chùm sáng kích thích lớn hơn hoặc bằng động năng cực đại Bài 16: Chiếu ánh sáng vào một tấm vật liệu thì thấy có êlectron bị bật ra. Đó là hiện tượng: Trang 8
9. A. quang dẫnB. quang trở C. quang điện ngoàiD. bức xạ nhiệt Bài 17: Liên tục chiếu ánh sáng đơn sắc vào một quả cầu kim loại đặt cô lập ban đầu không tích điện. Biết bước sóng của ánh sáng nhỏ hơn giới hạn quang điện của kim loại. Ta có kết luận về các êlectron quang điện: A. Ngừng bứt ra khỏi quả cầu khi quả cầu đạt tới một điện tích dương cực đại nào đó. B. Bị bứt ra khởi quả cầu cho đến khi quả cầu mất hết các êlectron. C. Liên tục bị bứt ra và quay về quả cầu khi điện tích của quả cầu đạt tới một giá trị cực đại nào đó. D. Liên tục bị bứt ra và chuyển động xa dần quả cầu Bài 18: Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Quang trở là một linh kiện bán dẫn hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện trong B. Quang trở là một linh kiện bán dẫn hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện ngoài C. Điện trở của quang trở tăng nhanh khi quang trở được chiếu sáng D. Điện trở của quang trở không đổi khi quang trở được chiếu sáng bằng ánh sáng có bước sóng ngắn Bài 19: Hiện tượng quang điện trong: A. là hiện tượng êlectron hấp thụ phôtôn có năng lượng đủ lớn để bứt ra khỏi khối chất. B. hiện tượng êlectron chuyển động mạnh hơn khi hấp thụ phôtôn. C. có thể xảy ra với ánh sáng có bước sóng bất kì. D. xảy ra với chất bán dẫn khi ánh sáng kích thích có tần số lớn hơn một tần số giới hạn. Bài 20: Điểm chung giữa hiện tượng quang điện ngoài và hiện tượng quang điện trong là: A. tạo ra lỗ trống trong bán dẫn và kim loại B. giải phóng êlectron ra khỏi kim loại và bán dẫn C. có giới hạn quang điện D. làm cho vật thiếu điện tích âm B. TĂNG TỐC: THÔNG HIỂU Bài 1: Năng lượng tối thiểu để bứt êlectron ra khỏi một kim loại là 3,55eV. Cho h = 6,625.10-34 Js; c = 3.108 m/s; e = - 1,6.10-19 C. Giới hạn quang điện của kim loại đó là: A. 0,5 µmB. 0,3 µm C. 0,35 µmD. 0,55 µm Bài 2: Nếu trong một môi trường ta biết được bước sóng của lượng tử năng lượng ánh sáng (phôtôn) là hf và bằng λ, thì chiết suất tuyệt đối của môi trường đó bằng bao nhiêu? (Biết h là hằng số Plăng, c là vận tốc ánh sáng trong chân không và f là tần số). A. n = c/(λ. f)B. n = (C. λ.)/f C. n = (C.f)/λD. n = λ/(C.f) Bài 3: Chiếu lần lượt hai bức xạ thích hợp có bước λ 1 và λ2 (λ1 > λ2) vào tấm kim loại cô lập về điện. Khi đó điện thế cực đại trên tấm kim loại là V1 và V2. Mối quan hệ giữa V1 và V2 là: A. Không so sánh đượcB. V 2 V2 D. V1 = V2 Bài 4: Hai tấm kim loại có giới hạn quang điện là λ 1 và λ2. Giới hạn quang điện của một tấm kim loại khác có công thoát êlectron bằng trung bình cộng công thoát êlectron của hai kim loại trên là A. 2.λ1.λ2/ λ1 + λ2 B. λ1.λ2/ 2 λ1 + λ2 Trang 9
10. C. λ1 + λ2 /2 D. 1.2 Bài 5: Nguồn sáng thứ nhất có công suất P 1 phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng là 450 nm. Nguồn sáng thứ hai có công suất P2 phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 600nm. Trong cùng một khoảng thời gian, tỉ số giữa số phôtôn mà nguồn thứ nhất phát ra so với số phôtôn mà nguồn thứ hai phát ra là 3:1. Tỉ số giữa P1 và P2 là: A. 4B. 9/4 C. 4/3 λD. 3 Bài 6: Công thoát của êlectron khỏi kim loại natri là 2,48 eV. Chiếu chùm bức xạ có bước sóng 0,36 µm vào natri thì vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện là A. 5,52.105 m/sB. 5,83.10 5 m/s. C. 5,52.107 m/s.D. 5,84.10 4 m/s. Bài 7: Chiếu một chùm sáng gồm hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ 1 = 0,18 µm và λ2 = 0,36 µm lên một tấm kim loại có công thoát êlectron là A = 7,2.10-19 J. Động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện là: A. 10,6. 10-19 JB. 4,5 eV. C. 1,92. 10-19 JD. 3,84. 10 -19 J Bài 8: Chiếu lên tấm kim loại có công thoát A = 2,4 (eV) một chùm bức xạ mà phôtôn có năng lượng 5,12. 10-19 (J). Để mọi êlectron quang điện thoát ra khỏi tấm kim loại đều bị hút trở lại thì phải đặt lên tấm kim và đất một hiệu điện thế: A. UAK 0,8 VD. U AK > 0,9 V Bài 9: Chiếu đồng thời 4 bức xạ có bước sóng 0,3 µm; 0,39 µm; 0,48 µm và 0,28 µm vào một quả cầu kim loại không mang điện đặt cô lập về điện có giới hạn quang điện là 0,45 µm thì xảy ra hiện tượng quang điện ngoài. Điện thế cực đại của quả cầu là: A. 0,427 VB. l,380 V C. 1,676 VD. Đáp án khác Bài 10: Chiếu ánh sáng lên bề mặt một bản kim loại cô lập không tích điện với các bước sóng λ 1 = λo/3 hoặc λ2 = λ0/9, trong đó λ0 là giới hạn quang điện của kim loại làm catốt. Tỉ số các điện áp hãm tương ứng với các bước sóng λ1 và λ2 là: A. Uh1/Uh2 = 4B. U h1/Uh2 = ¼ C. Uh1/Uh2 = ½ D. Uh1/Uh2 = 2 Bài 11: Một nguồn phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,3 µm. Chiếu chùm ánh sáng do nguồn này phát ra vào mặt một tấm kẽm có giới hạn quang điện là 0,35 µm. Cho rằng năng lượng mà quang êlectron hấp thụ một phần dùng để giải phóng nó, phần còn lại hoàn toàn biến thành động năng của nó. Hãy tính động năng này? A. 9,5. 10-19 JB. 9,5. 10 -18 J C. 9,05. 10-19 JD. 0,95. 10 -19 J Bài 12: Chiếu bức xạ tử ngoại có λ = 0,26 µm, công suất 0,3 mW vào bề mặt một tấm kẽm để êlectron bật ra. Biết rằng cứ 1000 phôtôn tử ngoại đập vào kẽm thì có một electron thoát ra. Số êlectron thoát ra từ tấm kẽm trong 1 s là: A. 1,76.1011 B. 3,925.1011 Trang 10
11. C. 3,925.1013 D. 1,76.1013 Bài 13: Một tấm kẽm được chiếu bằng tử ngoại có bước sóng λ = 0,3 µm. Biết rằng công thoát của êlectron khỏi kẽm là 3,55 eV. Vận tốc ban đầu cực đại của êlectron là bao nhiêu: (cho 31 34 8 me 9,1.10 kg; h 6,625.10 Js; c 3.10 m / s ) A. 4,56.107 m/s B. 4,56.105 m/s C. 4,56.106 m/sD. 4,56.10 4 m/s Bài 14: Một đèn laze có công suất phát sáng 1W, phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,7µm. Cho h 6,625. 10 34 Js, c 3.108 m / s . Số phôtôn của nó phát ra trong 1 giây là: A. 3,52.1019 B. 3,52.1020 C. 3,52.1018 D. 3,52.1016 Bài 15: Công thoát của êlectron khỏi kim loại đồng 4,47eV. Biết hằng số Plăng là h = 6,625.10 -34Js, vận tốc của ánh sáng trong chân không là c 3.108 m / s và 1 eV = 1,60.10-19J. Chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng λ < λ 0 vào một tấm đồng đặt cô lập thì tấm đồng đạt được hiệu điện thế cực đại là 5V. Bước sóng của bức xạ này là: A. λ = 0,131 µmB. λ = 0,231 µm C. λ = 0,331 µmD. λ = 0,431 µm Bài 16: Chiếu lần lượt hai bức xạ có bước sóng λ 1= 0,35mm và λ2 = 0,54mm vào tấm kim loại thì thấy vận tốc ban đầu cực đại của các điện tử bật ra ứng với hai bức xạ trên gấp hai lần nhau. Cho 19 34 1 eV 1,6. 10 J; h 6,625. 10 Js; c 3. 108 m / s . Giới hạn quang điện λ0 của kim loại trên là A. λ0 = 0,4593 µmB. λ 0 = 0,5593 µm C. λ0 = 0,6593 µmD. λ 0 = 0,7593 µm Bài 17: Cho công thoát electron của một kim loại là A thì bước sóng giới hạn quang điện là λ 0. Nếu thay kim loại nói trên bằng kim loại khác có công thoát êlectron là A ' 3A thì kim loại này có giới hạn quang điện λ0 là bao nhiêu? A. λ0/3B. 3λ 0 C. λ0/9D. 9λ 0 Bài 18: Công thoát êlectron của một kim loại là A, giới hạn quang điện là λ 0. Khi chiếu vào bề mặt kim loại đó chùm bức xạ có bước sóng λ = λ0/2 thì động năng ban đầu của cực đại của êlectron quang điện là: A. AB. 2A C. A/2D. 3A/4 Bài 19: Khi chiếu hai ánh sáng có tần số 2.1015Hz và 3.1015 Hz vào một kim loại, người ta thấy tỉ số giữa vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron bằng 2. Tần số giới hạn của kim loại đó là: A. 1,67.1015 HzB. 1,95.10 15 Hz C. 1,45.1015 HzD. 0,67.10 15 Hz Bài 20: Một quả cầu đông đặt cô lập có điện thế ban đầu là Vo = + 2V. Biết giới hạn quang điện của đồng là 0,30 µm. Nếu ta chiếu vào quả cầu một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,25 µm thì điện thế của quả cầu sau đó là A. 2VB. 2,83 V C. 0,83 AD. 1,17 V Bài 21: Công thoát êlectron của một kim loại là A, giới hạn quang điện là λ 0 . Khi chiếu vào bề mặt kim loại đó chùm bức xạ có bước sóng λ = λ0 /3 thì động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện bằng: A. AB. 3A/4 Trang 11
12. C. A/2D. 2A o Bài 22: Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 6000A sẽ phát ra bao nhiêu phôtôn trong 10 s nếu công suất của đèn là 10W. Cho các hằng số h 6,625. 10 34 J. s và c 3. 108 m / s . A. 3.1020 phôtôn B. 4. 1020 phôtôn C. 3.1019 phôtôn D. 4. 1019 phôtôn Bài 23: Khi chiếu hai ánh sáng có bước sóng λ1 = 0,525µm và λ2 = 0,648µm lên bề mặt của một kim loại thì thấy tốc độ ban đầu cực đại của các êlectron khác nhau 2,5 lần. Giới hạn quang điện của kim loại đó là: A. 0,796µmB. 0,687µm C. 0,678µmD. 0,697µm Bài 24: Công thoát êlectron của một quả cầu kim loại là 2,36eV. Chiếu vào quả cầu bức xạ có bước sóng 0,3µm. Nếu quả cầu ban đầu trung hòa về điện và đặt cô lập thì điện thế cực đại mà nó có thể đạt được là: A. 1,53 VB. 1,78 V C. 1,35 VD. 1,1 V Bài 25: Khi chiếu bức xạ có bước sóng λ1 = 0,45µm vào một tấm kim loại cô lập không tích điện thì điện thế hãm là Uh. Khi thay bức xạ bức xạ có bước sóng λ2 thì điện thế hãm tăng gấp đôi. Cho giới hạn quang điện của tấm kim loại là λ0 = 0,50 µm. λ2 có giá trị là: A. 0,43 µmB. 0,25 µm C. 0,41 µmD. 0,38 µm Bài 26: Công thoát của một kim loại là 4,5eV. Trong các bức xạ  0,180µm;2 0,440µm; 3 0,280µm;4 0,210µm;5 0,320µm , những bức xạ nào gây ra hiện tượng quang điện nếu chiếu vào bề mặt kim loại trên? Cho h 6,625. 10 34 J. s; c 3.108 m / s và 1 eV 1,6. 10 19 J . A. λ1 và λ4 B. λ1, λ4 và λ3 C. λ1, λ5 và λ3 D. Không có bức xạ nào Bài 27: Chùm sáng đơn sắc đỏ khi truyền trong chân không có bước sóng 0,75 µm. Nếu chùm sáng này truyền vào trong thuỷ tinh có chiết suất n =1,5 thì năng lượng của phôtôn ứng với ánh sáng đó là bao nhiêu. Cho c 3. 108 m / s, h 6,625.10 34 Js A. 2,65.10-19 J.B. 1,99.10 -19 J. C. 3,98.10-19 JD. 1,77.10 -19 J C. BỨT PHÁ: VẬN DỤNG Bài 1: Một kim loại có giới hạn quang điện là λ 0. Lần lượt chiếu vào kim loại bức xạ có bước sóng λ 1 và λ2 thì vận tốc ban đầu cực đại của e bắn ra khác nhau 2,5 lần. Giới hạn quang điện λ0 của kim loại này là: 5,25.1.2 A. 0 6,25.2 1 6,25.1.2 B. 0 2,5.1 2 Trang 12
13. 25.1.2 C. 0 625.1 2 1.2 D. 0 12,5.1 52 Bài 2: Chiếu lần lượt hai bức xạ điện từ có bước sóng λ 1 và λ2 với λ2 = λ/2 vào một tấm kim loại thì tỉ số động năng ban đầu cực đại của quang êlectron bứt ra khỏi kim loại là 9. Giới hạn quang điện của kim loại là λo. Tỉ số bằng: A. 8/7B. 2 C. 16/9D. 16/7 Bài 3: Một quả cầu bằng kim loại có giới hạn quang điện là 0,277 µm được đặt cô lập với các vật khác. Chiếu vào quả cầu ánh sáng đơn sắc có λ < λ0 thì quả cẩu nhiễm điện và đạt tới điện thế cực đại là 5,77V. Tính λ? A. 0,1211 µmB. 1,1211 µm C. 2,1211 µmD. 3,1211 µm Bài 4: Chiếu một chùm ánh sáng có hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng lần lượt là λ 1 và λ2 vào một tấm kim loại có giới hạn quang điện λ 0. Biết λ 1 = 5λ2 = λ 0/2. Tì số tốc độ ban đầu cực đại của các quang êlectron tương ứng với bước sóng λ2 và λ1 là: A. 1/3B. 1/ 3 C. 3 D. 3 Bài 5: Khi chiếu lần lượt 2 bức xạ có bước sóng λ 1 và λ2 = 0,8 λ1 vào bề mặt một tấm kim loại thì các êlectron quang điện bật ra với các tốc độ cực đại lần lượt là v1 và v2. Nếu chiếu bức xạ λ3 = 0,5 λ1 vào tấm kim loại đó thì các êlectron quang điện bị bật ra với tốc độ cực đại v3 là: A. 3,6 v1 B. 2,7 v1 C. 3,2 v1 D. 17 v1 Bài 6: Công thoát êlectron của một kim loại là A 0, giới hạn quang điện của kim loại này là λ 0. Nếu chiếu bức xạ đơn sắc có bước sóng λ = 0,6λ 0 vào tấm kim loại trên thì động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện tính theo Ao là A. (5/3)Ao B. (3/2)Ao C. (3/5)Ao D. (2/3)Ao Bài 7: Khi chiếu lên một tấm kim loại lần lượt hai bức xạ có bước sóng là λ 1 = 0,2 µm và λ2 = 0,4 µm thì thấy vận tốc ban đầu cực đại của các êlectron quang điện tương ứng là v1 và v2 = v1/3.Giới hạn quang điện của kim loại là: A. 362nmB. 420nm C. 457nmD. 520nm 15 15 Bài 8: Khi chiếu hai bức xạ đơn sắc có tần số f 1 = 2. 10 Hz và f2 = 3. 10 Hz lên bề mặt một kim loại người ta thấy tỉ số giữa vận tốc ban đầu cực đại của các quang êlectron bứt ra khỏi tấm kim loại bằng 2. Tần số giới hạn của kim loại đó là: A. 0,67. 1016 HzB. 1,95. 10 16 Hz C. 1,45. 1015 HzD. 1,67. 10 15 Hz Bài 9: Khi chiếu bức xạ điện từ có bước sóng λ 1 thì vận tốc ban đầu cực đại của các êlectron quang điện là v1. Giảm bước sóng đi một nửa thì vận tốc ban đầu cực đại các êlectron quang điện là v 2. Mối liên hệ nào sau đây đúng? Trang 13
14. A. v1 = 2.v2 B. v2 = 2.v1 2hc 2hc C. v2 v2 D. v2 v2 2 1 m. 1 2 m. Bài 10: Một nguồn sáng có công suất P = 2W, phát ra ánh sáng có bước sóng λ = 0,597µm tỏa ra đều theo mọi hướng. Nếu coi đường kính con ngươi của mắt là 4mm và mắt còn có thể cảm nhận được ánh sáng khi tối thiểu có 80 phôtôn lọt vào mắt trong 1 s. Bỏ qua sự hấp thụ phôtôn của môi trường. Khoảng cách xa nguồn sáng nhất mà mắt còn trông thấy nguồn là: A. 274 kmB. 6 km C. 27 kmD. 470 km Bài 11: Khi chiếu lần lượt lên một tấm kim loại cô lập hai bức xạ có bước sóng λ 1 và λ2 = λ1/2 thì vận tốc ban đầu cực đại của các quang êlectron là 350 km/s và 1050 km/s. Nếu chiếu bức xạ có bước sóng λ 3 = 2 λ1/3 thì vận tốc ban đầu cực đại của các quang êlectron là: A. 783km/hB. 783km/s C. 850km/hD. 850km/s Bài 12: Cường độ của một chùm sáng hẹp đơn sắc có bước sóng 0,5 µm khi chiếu vuông góc tới bề mặt của một tấm kim loại là I, diện tích của phần bề mặt kim loại nhận được ánh sáng tới là 32 mm 2. Cứ 50 phôtôn tới bề mặt kim loại thì giải phóng 4 êlectron quang điện và số electron bật ra trong 1 s là 3,2. 10 13. Giá trị của I là: A. 9,9375 W/m2 B. 4,96875W/m2 C. 9,9735W/m2 D. 4,96785W/m2 Bài 13: Một tấm kim loại có giới hạn quang điện 0,5µm. Lần lượt chiếu vào tấm kim loại hai bức xạ có bước sóng lần lượt là 0,2µm và 0,3µm. Tỉ số động năng ban đầu cực đại của các quang êlectron trong hai trường hợp là A. 4/9B. 6,25 C. 2, 25D. 22,5 Bài 14: Chiếu lần lượt bức xạ đơn sắc có bước sóng λ vào hai tấm kim loại có giới hạn quang điện lần lượt là λo và 2λo . Các êlectron bật ra với vận tốc ban đầu cực đại lần lượt là v 1 và v2 với v2 = 2v1. Tỉ số bước sóng λ/λo là: A. 5/6B. 6/7 C. 7/6D. 6/5 Bài 15: Nguồn ánh sáng X có công suất P 1 phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ 1 = 400nm. Nguồn sáng Y có công suất P2 phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ 2 = 600nm. Trong cùng một khoảng thời gian, tỉ số giữa số phôtôn mà nguồn sáng X phát ra so với số phôtôn mà nguồn sáng Y phát ra là 5/4. Tỉ số P1/P2 bằng: A. 8/15B. 6/5 C. 5/6D. 15/8 D. VỀ ĐÍCH: VẬN DỤNG CAO Bài 1: Trong thí nghiệm về hiện tượng quang điện, người ta dùng màn chắn tách ra một chùm electron có vận tốc cực đại hướng vào một từ trường đều sao cho vận tốc của các electron vuông góc với véctơ cảm ứng từ. Bán kính quỹ đạo của các electron tăng khi: A. tăng cường độ ánh sáng kích thích B. giảm cường độ ánh sáng kích thích C. tăng bước sóng ánh sáng kích thích Trang 14