LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

1.Hiện tượng quang điện ngoàia) Định nghĩa: Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi bề mặt tấm kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài (gọi tắt là hiện tượng quang điện).Các êlectron bị bật ra khỏi bề mặt tấm kim loại gọi là các êlectron quang điện (hay quang êlectron)b) Thí nghiệm Hecxơ (Hertz) Chiếu ánh sáng hồ quang (giàu tử ngoại) vào tấm kẽm (Zn) tích điện âm gắn trên điện nghiệm thì thấy hai lá của điện nghiệm cụp lại chứng tỏ tấm kẽm đã mất điện tích âm. Chắn tia tử ngoại của hồ quang bằng một bản thủy tinh, thì hiện tượng trên không xảy ra. Hiện tượng cũng không xảy ra nếu tấm kẽm tích điện dương. Thay kẽm bằng các kim loại khác như đồng, nhôm, sắt.... làm thí nghiệm ta thu được kết quả tương tự như trên. Vậy: Khi chiếu một chùm sáng thích hợp (có bước sóng ngắn) vào một tấm kim loại thì các electron trên bề mặt kim loại đó bị bật ra.2.Các định luật quang điệna) Định luật quang điện thứ nhất: Giới hạn quang điệnHiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng . được gọi là giới hạn quang điện của kim loại: ; Kim loạio(m)Kim loạio(m)Bán dẫno(m)Bạc0,26Natri0,50Ge1,88Đồng0,30Kali0,55Si0,11Kẽm0,35Xesi0,66PbS4,14Nhôm0,36Canxi0,75CdS0,90Giá trị giới hạn quang điện của 1 số kim loại và bán dẫnb) Định luật quang điện thứ hai: Cường độ dòng quang điện bão hoà Đối với ánh sáng có bước sóng thoả mãn định luật quang điện thứ nhất thì cường độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích.c) Định luật quang điện thứ ba: Động năng ban đầu cực đại của các electrôn Động năng ban đầu cực đại của các electrôn quang điện không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại dùng làm catôt.3.Giả thuyết lượng tử năng lượng của Plăng (Planck): Thuyết lượng tử năng lượng do nhà bác học M. Plăng đề xướng vào năm 1900.Nội dung: Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hoặc phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định, gọi là lượng tử năng lượng. Lượng tử năng lượng kí hiệu là , có giá trị bằng: Trong đó: f là tần số ánh sáng, h là hằng số Plăng, h = 6,625.1034 Js. Chú ý: Khi ánh sáng truyền đi các lượng tử năng lượng không đổi ( ) và không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng.4.Nội dung của thuyết phôtôn: Thuyết phôtôn do nhà bác học Anhxtanh đề xuất vào năm 1905, có nội dung. 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 Trong chân không, phôtôn bay dọc theo các tia sáng với tốc độ c = 3.108 ms Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn.Chú ý: Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên. 5.Công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện: Anhxtanh cho rằng: hiện tượng quang điện xảy ra là do mỗi êlectron trong kim loại hấp thụ một phôtôn của ánh sáng kích thích, phôtôn mang năng lượng truyền toàn bộ cho một êlectron dùng để: Cung cấp cho một công A gọi là công thoát để thắng được liên kết với mạng tinh thể và thoát ra khỏi bề mặt kim loại. Truyền cho đó một động năng ban đầu ; Truyền một phần năng lượng cho mạng tinh thể. Xét êlectron nằm ngay trên bề mặt kim loại thì nó có thể thoát ra ngay mà không mất năng lượng truyền cho mạng tinh thể. có động năng ban đầu là cực đại .Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có: hay Công thoát: (J) Giới hạn quang điện: Động năng ban đầu cực đại: (J) Vận tốc ban đầu cực đại: (ms)Đơn vị: 1eV =1,6.1019 J; 1MeV =1,6.1013 J; c = 3.108 ms là vận tốc ánh sáng trong chân không m = 9,1.1031 kg là khối lượng của êlectron. Chú ý: Nếu có hợp kim gồm nhiều kim loại, thì giới hạn quang điện của hợp kim là giá trị quang điện lớn nhất của các kim loại tạo nên hợp kim.6.Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng: Ánh sáng là sóng điện từ có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt. Trong mỗi hiện tượng quang học, ánh sáng thường thể hiện rõ một trong hai tính chất. Khi tính chất sóng thể hiện rõ thì tính chất hạt lại mờ nhạt và ngược lại. Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn, năng lượng càng lớn: Tính chất hạt thể hiện rõ nét, như ở hiện tượng quang điện, ở khả năng đâm xuyên, khả năng phát quang…, còn tính chất sóng càng mờ nhạt. Sóng điện từ có bước sóng dài, năng lượng càng nhỏ: Tính chất sóng thể hiện rõ nét, như ở hiện tượng giao thoa, hiện tượng nhiễu xạ, hiện tượng tán sắc, … còn tính chất hạt thì mờ nhạt.1.Thí nghiệm với tế bào quang điện – Các kết quả chính của thí nghiệm a) Tế bào quang điện: Tế bào quang điện làmột bình chân không(đã được hút hết không khí bên rong), gồm có hai điện cực:t + Anot là một vòng dây kim loại. + Catot có dạng chỏm cầu bằng kim loại.b) Dòng quang điện: Khi chiếu vào catốt ánh sáng thích hợp có bước sóng ngắn thì trong mạch xuất hiện một dòng điện gọi là dòng quang điện. Dòng quang điện: là dòng chuyển dời có hướng của các êlectron bật ra khỏi catốt, bay từ catốt sang anốt, dòng quang điện có chiều từ anốt sang catốt dưới tác dụng của điện trường giữa A và K. Về bước sóng ánh sáng: Đối với mỗi kim loại dùng làm catốt có một bước sóng xác định , gọi là giới hạn quang điện. Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện . Đường đặc trưng Vôn – Ampe: Là đường biểu diễn sự biến thiên của cường độ dòng quang điện theo hiệu điện thế giữa anốt và catốt (UAK). . Đường V A có đặc điểm: Lúc UAK >0: Bắt đầu tăng UAK tăng thì dòng quang điện cũng tăng. Tới một giá trị nào đó I đạt đến giá trị bão hòa Ibh. Tiếp tục tăng UAK tăng thì I không tăng nữa. Lúc UAK (ne là số electron bật ra khỏi catốt và tới được anốt trong thời gian t giây) Hiệu điện thế hãm: Để dòng quang điện triệt tiêu (I = 0) thì cần đặt giữa A và K một hiệu điện thế Uh . Uh gọi là hiệu điện thế hãm. Phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại làm catốt. Không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích. Biểu thức: Chú ý: Nếu ánh sáng kích thích có bước sóng lớn hơn giới hạn quang điện thì chùm sáng có cường độ rất mạnh cũng không gây ra hiện tượng quang điện. Trong một số bài toán người ta lấy Uh > 0 thì đó là độ lớn. Nếu hiện tượng quang điện xảy ra khi được chiếu đồng thời nhiều bức xạ thì khi tính các đại lượng như: Vận tốc ban đầu cực đại v0max , hiệu điện thế hãm Uh, điện thế cực đại Vmax, … chúng đều được tính ứng với bức xạ có min (hoặc fmax)2.Công suất phát xạ của nguồn sáng: 3.Hiệu suất lượng tử (hiệu suất quang điện): . Với ne là số electron quang điện bứt khỏi catốt, np là số phôtôn đập vào catốt trong cùng một khoảng thời gian t, thường lấy t = 1s.1.Chuyển động của electrôn trong điện trường.a)Động năng cực đại và vận tốc cực đại của electrôn khi đến anốt A. Động năng cực đại: (J) Vận tốc cực đại: hoặc Trong đó: U là hiệu điện thế giữa anốt A và catốt K. vmax là vận tốc cực đại của electron ngay trước khi đập vào anốt.v0max là vận tốc ban đầu cực đại của electron khi rời catốt. Chú ý: Nếu lực điện cùng chiều chuyển động của e thì nó sẽ làm e tăng tốc, ngược lại nó sẽ cản trở chuyển động của e.b)Điện thế cực đại của quả cầu cô lập về điện: Chú ý: Khi chiếu lần lượt các bức xạ có bước sóng λ1, λ2, λ3…... λn vào quả cầu thì điện thế cực đại lần lượt là V1, V2, V3…....Vn . Nếu chiếu đồng thời các bức xạ đó vào quả cầu thì điện thế cực đại của quả cầu là Vmax ứng với λmin hay fmax Điện tích cực đại của quả cầu: (R là bán kính quả cầu, k = 9.109Nm2C2) Nối quả cầu với một điện trở R và một đầu điện trở nối đất thì dòng điện cực đại chạy trong dây dẫn là: c)Tính khoảng rời xa bản kim loại lớn nhất của electron. d)Tính bán kính lớn nhất của vùng electron khi đến anốt A. khi electron đến anốt A ta có : Tính được Nếu cho d, Uh, UAK > 0 thì: e)Tìm điều kiện để electron chuyển động thẳng đều : và f)Độ lệch khỏi phương ban đầu: g)Góc lệch : hoặc h)Tìm điều kiện để e bay ra khỏi tụ điện: i)Tìm điều kiện để e không thoát khỏi tụ điện: 2.Chuyển động của êlectrôn trong từ trường đều: Khi hạt electron chuyển động trong từ trường đều thì chịu tác dụng của lực Lorenxơ : với a) Trường hợp 1: Hạt electron chuyển động thẳng đều: b) Trường hợp 2: Hạt electron chuyển động tròn đều có bán kính R Tính bán kính: Tính bán kính cực đại: Tính chu kì và tần số quay: ; Chú ý: Để tăng bán kính lớn nhất trong từ trường có thể giảm bớt bước sóng của ánh kích thích chiếu tới catốt của tế bào quang điện.c) Trường hợp 3: quỹ đạo của electron có dạng đường đinh ốc (giống lò xo) Tính bán kính cực đại của đường đinh ốc : Tính bước ốc (bước xoắn): Tính số vòng xoắn ốc: ( với l là chiều dài của vùng có từ trường B) Tính thời gian e chuyển động trong từ trường:

1 Hiện tượng quang điện ngoài

a) Định nghĩa: Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron

ra khỏi bề mặt tấm kim loại gọi là hiện tượng quang điện

ngoài (gọi tắt là hiện tượng quang điện)

Các êlectron bị bật ra khỏi bề mặt tấm kim loại gọi

là các êlectron quang điện (hay quang êlectron)

b) Thí nghiệ m Hecxơ (Hertz)

- Chiếu ánh sáng hồ quang (giàu tử ngoại) vào tấm

kẽm (Zn) tích điện âm gắn trên điện nghiệm thì thấy

hai lá của điện nghiệm cụp lại  chứng tỏ tấm kẽm

đã mất điện tích âm

- Chắn tia tử ngoại của hồ quang bằng một bản thủy

tinh, thì hiện tượng trên không xảy ra

- Hiện tượng cũng không xảy ra nếu tấm kẽm tích điện dương

- Thay kẽm bằng các kim loại khác như đồng, nhôm, sắt làm thí nghiệm ta thu được kết quả tương tự như trên

Vậy: Khi chiếu một chùm sáng thích hợp (có bước sóng ngắn) vào một tấm kim loại thì các electron

trên bề mặt kim loại đó bị bật ra

2 Các định luật quang điện

a) Định luật quang điện thứ nhất: Giới hạn quang điện

Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng 0 0 được gọi là giới hạn quang điện của kim loại:   0 ; 0 hc

Giá trị giới hạn quang điện0của 1 số kim loại và bán dẫn

b) Định luật quang điện thứ hai: Cường độ dòng quang điện bão hoà

Đối với ánh sáng có bước sóng thoả mãn định luật quang điện thứ nhất (  0) thì cường độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích

c) Định luật quang điện thứ ba: Động năng ban đầu cực đại của các electrôn

Động năng ban đầu cực đại của các electrôn quang điện không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại dùng làm catôt

3 Giả thuyết lượng tử năng lượng của Plăng (Planck):

Thuyết lượng tử năng lượng do nhà bác học M Plăng đề xướng vào năm 1900

Nội dung: Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hoặc phát xạ có giá trị

hoàn toàn xác định, gọi là lượng tử năng lượng Lượng tử năng lượng kí hiệu là , có giá trị bằng:

Trong đó: f là tần số ánh sáng, h là hằng số Plăng, h = 6,625.10-34

Js

CHUYÊN ĐỀ 7 LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG DẠNG 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

Thí nghiệm của Héc về hiện tượng quang điện

-

- Zn

- -

 Chú ý: Khi ánh sáng truyền đi các lượng tử năng lượng không đổi ( ε = hf = const ) và không phụ

thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng

4 Nội dung của thuyết phôtôn:

Thuyết phôtôn do nhà bác học Anh-xtanh đề xuất vào năm 1905, có nội dung

- 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  hf

- Trong chân không, phôtôn bay dọc theo các tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s

- Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn

 Chú ý: Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động Không có phôtôn đứng yên

5 Công thức Anh-xtanh về hiện tƣợng quang điện:

* Anh-xtanh cho rằng: hiện tượng quang điện xảy ra là do mỗi êlectron trong kim loại hấp thụ một

phôtôn của ánh sáng kích thích, phôtôn mang năng lượng  hf truyền toàn bộ cho một êlectron dùng để:

- Cung cấp cho một công A gọi là công thoát để thắng được liên kết với mạng tinh thể và thoát ra khỏi bề mặt kim loại

- Truyền cho đó một động năng ban đầu ;

- Truyền một phần năng lượng cho mạng tinh thể

* Xét êlectron nằm ngay trên bề mặt kim loại thì nó có thể thoát ra ngay mà không mất năng lượng

truyền cho mạng tinh thể có động năng ban đầu là cực đại 2

0max

1mv

J; 1MeV =1,6.10-13 J; c = 3.108 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không

m = 9,1.10-31 kg là khối lượng của êlectron

 Chú ý: Nếu có hợp kim gồm nhiều kim loại, thì giới hạn quang điện của hợp kim là giá trị quang

điện lớn nhất của các kim loại tạo nên hợp kim

- Sóng điện từ có bước sóng dài, năng lượng càng nhỏ: Tính chất sóng thể hiện rõ nét, như ở hiện tượng giao thoa, hiện tượng nhiễu xạ, hiện tượng tán sắc, … còn tính chất hạt thì mờ nhạt

II BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

Câu 1: Trong hiện tượng quang điện, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào catốt của tế bào quang điện thì êlectron Vì vậy, hiện tượng này còn gọi là hiện tượng quang điện ngoài Hãy chọn các cụm từ sau đây điện vào chỗ trống?

A sẽ bị bật ra khỏi catốt

B phá vỡ liên kết để trở thành electrôn dẫn

C chuyển động mạnh hơn

D chuyển lên quỹ đạo có bán kính lớn hơn

Câu 2: Trường hợp nào sau đây êlectrôn được gọi là êlectrôn quang điện?

A Êlectrôn trong dây dẫn điện thông thường

B Êlectrôn bứt ra từ catốt của tế bào quang điện

C Êlectrôn tạo ra trong chất bán dẫn

D Êlectrôn bứt ra khỏi tấm kim loại do nhiễm điện tiếp xúc

Câu 3: Để gây được hiệu ứng quang điện, bức xạ dọi vào kim loại được thoả mãn điều kiện là

A tần số lớn hơn giới hạn quang điện B tần số nhỏ hơn giới hạn quang điện

C bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện D bước sóng lớn hơn giới hạn quang điện

Câu 4: Theo giả thuyết lượng tử của Planck thì một lượng tử năng lượng là năng lượng

A của mọi electron B của một nguyên tử C của một phân tử D của một phôtôn Câu 5: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về giả thuyết lượng tử?

A Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà

thành từng phân riêng biệt, đứt quãng

B Chùm sáng là dòng hạt, mỗi hạt là một phôtôn

C Năng lượng của các phôtôn ánh sáng là như nhau, không phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng

D Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử ánh sáng không bị thay đổi, không phụ thuộc vào khoảng cách

tới nguồn sáng

Câu 6: Chọn các cụm từ thích hợp điền vào chỗ trống cho hợp nghĩa: “Theo thuyết lượng tử: Những nguyên tử hay phân tử vật chất ánh sáng một cách .mà thành từng phần riêng biệt mang năng lượng hoàn toàn xác định ánh sáng”

A không hấp thụ hay bức xạ, liên tục, tỉ lệ nghịch với bước sóng

B hấp thụ hay bức xạ, không liên tục, tỉ lệ thuận với tần số

C hấp thụ hay bức xạ, không liên tục, tỉ lệ nghịch với bước sóng

D không hấp thụ hay bức xạ, liên tục, tỉ lệ nghịch với tần số

Câu 7: Năng lượng của phôtôn là 2,8.10-19J, vận tốc của ánh sáng trong chân không là c = 3.108

m/s Bước sóng của ánh sáng này là:

xạ màu vàng của natri có bước sóng  = 0,59m Năng lượng của phôtôn tương ứng có giá trị

Câu 12: Catod của một tế bào quang điện có công thoát A = 3,5eV Tính giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catod

Câu 13: Một nguồn phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng  = 0,45µm chiếu vào bề mặt của một kim loại Công thoát của kim loại làm catod là A = 2,25eV.Tính giới hạn quang điện của kim loại đó

A 0,558.10-6m B 5,58.10-6µm C 0,552.10-6m D 0,552.10-6µm

Câu 14: Lần lượt chiếu vào một tấm kim loại có công thoát là 2eV các ánh sáng đơn sắc có bước sóng

1 = 0,5µm và 2 = 0,55µm Ánh sáng đơn sắc nào có thể làm các êlectron trong kim loại bứt ra ngoài?

Câu 15: Catốt của một tế bào quang điện có công thoát electron bằng 4eV Chiếu đến TBQĐ ánh sáng

có bước sóng 2600A0 Giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt là:

Câu 16: Công thoát của electron khỏi bề mặt nhôm bằng 3,45eV Để xảy ra hiện tượng quang điện nhất thiết phải chiếu vào bề mặt nhôm ánh sáng có bước sóng thoả mãn:

Câu 20: Công thoát electrôn của kim loại làm catôt của một tế bào quang điện là 4,5eV Chiếu vào

A 3,2 B 1,4 C 1, 2, 4 D cả 4 bức xạ trên Câu 22: Công thoát êlectron của một kim loại là 7,64.10-19J Chiếu lần lượt vào bề mặt tấm kim loại này các bức xạ có bước sóng là λ = 0,18μm; λ = 0,21μm ; λ = 0,35μm1 2 3 Lấy h = 6,625.10-34 J.s ; c = 3.108m/s Bức xạ nào gây được hiện tượng quang điện đối với kim loại đó?

A Hai bức xạ (1 và 2) B Không có bức xạ nào trong ba bức xạ trên

C Cả ba bức xạ (12và3) D Chỉ có bức xạ 1

Câu 23: Chiếu bức xạ có bước song 2.103

A0 vào một tấm kim loại, các electron bắn ra với động năng ban đầu cực đại 5eV Hỏi các bức xạ sau đây chiếu vào tấm kim loại đó, bức xạ nào gây ra hiện tượng quang điện?

A  10 A 3 0 B  15.10 A 3 0 C  45.10 A 3 0 D  76.10 A 3 0

Câu 24: Kim loại có công thoát êlectrôn là A = 2,62eV Khi chiếu vào kim loại này hai bức xạ có bước sóng 1 = 0,4m và 2 = 0,2m thì hiện tượng quang điện:

A xảy ra với cả 2 bức xạ B xảy ra với bức xạ 1 , không xảy ra với bức xạ 2

C không xảy ra với cả 2 bức xạ D xảy ra với bức xạ 2 , không xảy ra với bức xạ 1

Câu 25: Kim loại làm catốt một tế bào quang điện có công thoát electron là A = 2,2eV Chiếu vào tế bào quang điện bức xạ λ = 0,44μm Vận tốc ban đầu cực đại của quang electron có giá trị bằng:

loại dùng làm âm cực có giới hạn quang điện 0 = 0,3µm Tìm vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron:

A 0,0985.105m/s B 0,985.105m/s C 9,85.105m/s D 98,5.105m/s

Câu 28: Catôt của một tế bào quang điện có công thoát A = 2,9.10-19J Chiếu vào catôt của tế bào quang điện trên chùm ánh sáng có bước sóng  = 0,4µm Tìm vận tốc cực đại của quang êlectron khi thoát khỏi catôt

Câu 31: Ánh sáng có bước sóng 4000A0

chiếu vào kim loại có công thoát 1,88eV Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện là:

A 1,96.10-19J B 12,5.10-21J C 19,6.10-19J D 19,6.10-21J

Câu 32: Công thoát êlectrôn của một kim loại là A thì bước sóng giới hạn quang điện là λ Nếu chiếu ánh sáng kích thích có bước sóng ’ vào kim loại này thì động năng ban đầu cực đại của các quang electron là A Tìm hệ thức liên lạc đúng?

A ’ =  B ’ = 0,5 C ’ = 0,25 D ’ = 2/3

Câu 33: Chiếu lần lượt 2 bức xạ có bước sóng 1 400nm và 2  0, 250 m vào catốt một tế bào quang điện thì thấy vận tốc ban đầu cực đại của quang electron gấp đôi nhau Công thoát của electron nhận giá bằng:

A 3,975.10-19eV B 3,975.10-13J C 3,975.10-19J D 3,975.10-16J

Câu 34: Khi chiếu hai ánh sáng có bước sóng λ1 = 3200Å và λ2 = 5200Å vào một kim loại dùng làm catốt của một tế bào quang điện, người ta thấy tỉ số các vận tố c ban đầu cực đại của các quang electron bằng 2 Tìm công thoát của kim loại ấy và vận tốc đầu cực đại của electron khi chiếu bức xạ 1?

A 0,3.10-6m B 0,5.10-6 m C 0,4.10-6 m D 0,4.10-5 m

Câu 36: Khi chiếu hai ánh sáng có tần số f1 = 1015 Hz và f2 = 1,5.1015 Hz vào một kim loại làm catốt của một tế bào quang điện, người ta thấy tỉ số giữa các động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện là bằng 3 Tần số giới hạn của kim loại đó là:

A f0 = 1015Hz B f0 = 1,5.1015Hz C f0 = 5.1015Hz D f0 = 7,5.1014Hz

Câu 37: Lần lượt chiếu vào catôt của một tế bào quang điện hai bức xạ đơn sắc f và 1,5f thì động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện hơn kém nhau 3 lần Bước sóng giới hạn của kim loại dùng làm catôt có giá trị:

A 0 = 1,5 B 0 = 2 C 0 = 3 D 0 = 2,5

Câu 39: Lần lượt chiếu vào catốt của một tế bào quang điện các bức xạ điện từ gồm bức xạ có bước sóng 1 = 0,54µm và bức xạ có bước sóng 2 = 0,35µm thì vận tốc ban đầu cực đại của các êlectrôn quang điện lần lượt là v1 và v2 với v2 = 2v1 Công thoát của kim loại làm catod là:

A 5eV B 1,88eV C 10eV D 1,6eV

Câu 40: Lần lượt chiếu vào catốt của một tế bào quang điện các bức xạ điện từ gồm bức xạ có bước sóng 1 = 0,26µm và bức xạ có bước sóng 2 = 1,21 thì vận tốc ban đầu cực đại của các êlectrôn quang điện bứt ra từ catốt lần lượt là v1 và v2 với v2 = 3

4v1 Giới hạn quang điện 0 của kim loại làm catốt này là:

Câu 41: Một tấm kim loại có giới hạn quang điện là 0,6 μm được chiếu bằng ánh sáng có bước sóng 0,3 μm thì các quang êlectron có vận tốc ban đầu cực đại là V m/s Để các quang êlectron có vận tốc ban đầu cực đại là 2V m/s thì phải chiếu tấm đó bằng ánh sáng có bước sóng bằng:

1 Thí nghiệm với tế bào quang điện – Các kết quả chính của thí nghiệ m

a) Tế bào quang điện: Tế bào quang điện làmột bình chân không

(đã được hút hết không khí bên rong),

gồm có hai điện cực:t

+ Anot là một vòng dây kim loại

+ Catot có dạng chỏm cầu bằng kim loại

b) Dòng quang điện: Khi chiếu vào catốt ánh sáng thích hợp có

bước sóng ngắn thì trong mạch xuất hiện một dòng điện gọi là

dòng quang điện

* Dòng quang điện: là dòng chuyển dời có hướng của các ê lectron bật ra khỏi catốt, bay từ catốt

sang anốt, dòng quang điện có chiều từ anốt sang catốt dưới tác dụng của điện trường giữa A và K

* Về bước sóng ánh sáng: Đối với mỗi kim loại dùng làm catốt có một bước sóng xác định0, gọi

là giới hạn quang điện Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện (  0)

* Đường đặc trưng Vôn – Ampe: Là đường biểu diễn sự biến thiên của cường độ dòng quang điện

theo hiệu điện thế giữa anốt và catốt (UAK).If(UAK) Đường V- A có đặc điểm:

- Lúc UAK >0: Bắt đầu tăng UAK tăng thì dòng quang điện cũng tăng Tới một giá trị nào đó I đạt đến giá trị bão hòa Ibh Tiếp tục tăng UAK tăng thì I không tăng nữa

- Lúc UAK <0: Dòng quang điện không triệt tiêu ngay Phải đặt giữa A và K một hiệu điện thế âm

là (-Uh) nào đó thì I mới triệt tiêu hoàn toàn Uh gọi là hiệu điện thế hãm

* Cường độ dòng quang điện bão hoà: Cường độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với

cường độ của chùm sáng kích thích Không phụ thuộc vào

bước sóng của ánh sáng kích thích

Dòng quang điện đạt đến giá trị bão hòa khi tất cả các

electron bứt ra khỏi catot đều đến được anot

I t

n =e(ne là số electron bật ra khỏi catốt và tới được anốt

trong thời gian t giây)

* Hiệu điện thế hãm: Để dòng quang điện triệt tiêu (I = 0) thì cần đặt giữa A và K một hiệu điện thế

Uh Uh gọi là hiệu điện thế hãm

- Phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại làm catốt

- Không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích

- Trong một số bài toán người ta lấy Uh > 0 thì đó là độ lớn

- Nếu hiện tượng quang điện xảy ra khi được chiếu đồng thời nhiều bức xạ thì khi tính các đại lượng như: Vận tốc ban đầu cực đại v0max , hiệu điện thế hãm Uh, điện thế cực đại Vmax, … chúng đều

được tính ứng với bức xạ có min (hoặc f max )

2 Công s uất phát xạ của nguồn sáng: n εp n h.fp n h.cp  

Với ne là số electron quang điện bứt khỏi catốt, np làsố phôtôn đập vào catốt trong cùng một khoảng

thời gian t, thường lấy t = 1s

II BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

Câu 1: Dòng quang điện, đạt đến giá trị bão hòa khi:

A tất cả các electron bật ra từ catôt khi catôt được chiếu sáng đều đi về được anôt

B tất cả các electron bật ra từ catôt khi catôt được chiếu sáng đều quay trở về được catôt

C có sự cân bằng giữa số electron bật ra từ catôt và số electron bị hút quay trở lại catôt

D số electron đi về được catôt không đổi theo thời gian

Câu 2: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về cường độ dòng quang điện bão hoà?

A Cường độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ nghịch với cường độ chùm sáng kích thích

B Cường độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích

C Cường độ dòng quang điện bão hoà không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích

D Cường độ dòng quang điện bão tăng theo quy luật hàm số mũ với cường độ chùm sáng kích thích Câu 3: Chọn câu đúng:

A Hiệu điện thế hãm của mỗi kim loại không phụ thuộc bước sóng của chùm sáng kích thích

B Hiệu điện thế hãm có thể âm hay dương

C Hiệu điện thế hãm có giá trị âm

D Hiệu điện thế hãm có giá trị dương

Câu 4: Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng  = 0,56m vào catốt một tế bào quang điện Biết Ibh = 2mA Số electron quang điện thoát khỏi catôt trong mỗi phút là bao nhiêu?

Câu 7: Khi chiếu bức xạ có tần số f = 2,538.1015Hz vào kim loại dùng catốt tế bào quang điện thì các electron bắn ra đều bị giữ lại bởi hiệu điện thế hãm Uh = 8V Giới hạn quang điện của kim loại ấy là:

Câu 8: Chiếu một bức xạ có bước sóng λ = 0,18μm, vào bản âm của một tế bào quang điện Kim loại dùng làm catốt có giới hạn quang điện là λ = 0,3μm0 Để triệt tiêu dòng quang điện ta phải đặt vào anod và catod một hiệu điện thế hãm Uh bằng bao nhiêu?

Câu 9: Chiếu ánh sáng có bước sóng λ = 0, 42μm vào catôt của một tế bào quang điện thì phải dùng hiệu điện thế hãm Uh = 0,96V, để triệt tiêu dòng quang điện Công thoát của electron của kim loại làm catốt là:

Câu 10: Lần lượt chiếu hai bức xạ có bước sóng λ = 0,405μm; λ = 0,436μm1 2 vào bề mặt của một tấm kim loại và đo hiệu điện thế hãm tương ứng Uh1 = 1,15V; Uh2 = 0,93V Công thoát của kim loại đó bằng

Câu 11: Khi chiếu bức xạ có bước sóng  vào bề mặt một kim loại thì hiệu điện thế hãm là 4,8V Nếu chính mặt kim loại đó được chiếu bằng một bức xạ có bước sóng lớn gấp đôi thì hiệu điện thế hãm là 1,6V Khi đó giới hạn quang điện là:

Câu 12: Chọn câu trả lời đúng Khi chiếu ánh sáng có bước sóng 0,3 m lên tấm kim loại hiện tượng quang điện xảy ra Để triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện phải đặt hiệu điện thế hãm Uh = 1,4V Bước sóng giới hạn quang điện của kim loại này là:

A 0, 753 m B 0, 653 m C 0,553 m D 0, 453 m

Câu 13: Khi chiếu một chùm ánh sáng vào một kim loại thì có hiện tượng quang điện xảy ra Nếu dùng hiệu điện thế hãm bằng 3V thì các electron quang điện bị giữ lại không bay sang anot được Cho biết giới hạn quang điện của kim loại đó bằng 0,5 m Tần số của chùm sáng chiếu tới kim loại bằng

A 13,245.1014Hz B 13,245.1015Hz C 12,245.1014Hz D 14,245.1014Hz

Câu 14: Năng lượng tối thiểu để bứt một electron ra khỏi mặt một kim loại Cêsi là 1,88eV Dùng tấm kim loại đó để làm catốt của một tế bào quang điện Chiếu vào tấm kim loại ấy 1 ánh sáng có bước sóng λ = 0, 489μm thì có dòng quang điện chạy qua tế bào quang điện Để triệt tiêu dòng quang điện trên, ta phải đặt vào giữa anốt và catốt một hiệu điện thế hãm bằng bao nhiêu ?

Js; c = 3.108m/s; e = 1,6.10-19C Công thoát electron của kim loại dùng làm catôt là:

A 6,625.10-20 J B 4,385.10-20 J C 6,625.10-19 J D 4,385.10-19 J

Câu 17: Kim loại dùng làm catốt của một tế bào quang điện có công thoát A = 2,2eV Chiếu vào catốt một bức xạ có bước sóng  Muốn triệt tiêu dòng quang điện người ta phải đặt vào anốt và catốt một hiệu điện thế hãm Uh = 0,4V Bước sóng của bức xạ:

A  = 0,6777μm B  = 0,2777μm C  = 0,4777.10-7m D 477nm

Câu 18: Chiếu một bức xạ có bước sóng λ = 0, 450μm vào bề mặt catod của một tế bào quang điện ta

được dòng quang điện bão hòa có cường độ i Có thể làm triệt tiêu dòng quang điện này bằng một hiệu

điện thế hãm Uh = 1,26V Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện cho e = 1, 6.1019C; m

A 1,600.1019C B 1,600.10-19C C 1,620.10-19C D 1,604.10-19C

Câu 20: Khi Chiếu vào tế bào quang điện bức xạ có bước sóng λ = 0, 48μm thì có hiện tượng quang điện Để triêu tiêu dòng quang điện, phải đặt hiệu điện thế Uh giữa Anốt và catốt Hiệu điện thế hãm này thay đổi thế nào khi bước sóng bức xạ giảm 1,5 lần

Câu 23: Công suất của nguồn sáng là P = 2,5W Biết nguồn phát ra ánh sáng có bước sóng

λ = 0,3μm Số hạt phôtôn tới catốt trong một đơn vị thời gian bằng:

A 38.1017 B 46.1017 C 58.1017 D 68.1017

Câu 24: Biết trong 10s, số electron đến được anôt của tế bào quang điện 3.1016

và hiệu suất lượng tử là 40% Tìm số photon đập vào anôt trong 1 phút?

A 45.106 B 4,5.1016 C 45.1016 D 4,5.106

Câu 25: Biết trong 10s, số electron đến được anôt của tế bào quang điện 16

3.10 và hiệu suất lượng tử là 40% Tìm cường độ dòng quang điện lúc này

Câu 26: Công suất của nguồn sáng có bước sóng λ = 0,3μm là 2,5W Hiệu suất lượng tử H = 1% Cường độ dòng quang điện bão hoà là:

Câu 27: Chiếu một bức xạ có bước sóng λ = 0,3μm vào catốt của một tế bào quang điện Dòng quang điện bão hoà có cường độ I = 1,8mA Hiệu suất lượng tử của hiện tượng quang điện H = 1% Công suất bức xạ mà bề mặt catốt nhận được là:

Câu 28: Chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0,552μm vào catốt một tế bào quang điện, dòng quang điện bão hoà có cường độ là Ibh = 2mA Công suất của nguồn sáng chiếu vào catốt là P = 1,20W Hiệu suất lượng tử bằng:

Câu 30: Một nguồn phát sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0, 45μm chiếu vào catod của một tế bào quang điện Công thoát của kim loại làm catôt là A = 2,25eV Cho h = 6,625.10-34

Câu 31: Năng lượng cực đại của các electron bị bật ra khỏi một kim loại dưới tác dụng của ánh sáng

có bước sóng λ = 0,3μm là 1,2eV Cường độ ánh sáng là 3W/m2 Tính công thoát và số electron phát

ra trên một đơn vị diện tích trong đơn vị thời gian, biết hiệu suất là 5%

2,9V; 22, 65.10 êlectron/m s B 18 2

9,2V; 2,265.10 êlectron/m s

C 2,9eV; 0,2265.10 êlectron/m s18 2 D 29,2eV; 0,02265.10 êlectron/m s18 2

Câu 32: Một đèn phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0, 4.10 m được dùng để chiếu vào một tế -6

bào quang điện Bề mặt của catôt nhận được một công suất chiếu sáng P = 3mW; cường độ dòng quang điện bão hoà của tế bào quang điện i = 6,43.10-6

A Tính tỉ số n

n' (với n: số photon mà catôt nhận được trong mỗi giây; n’: số electron bị bật ra trong mỗi giây) Cho h = 6,625.10-34

J.s ; c = 3.108m/s

Câu 33: Một tế bào quang điện có catôt làm bằng asen có công thoát electron bằng 5,15eV Chiếu chùm sáng đơn sắc có bước sóng 0,20m vào catôt của tế bào quang điện thì thấy cường độ dòng quang điện bảo hòa là 4,5A Biết công suất chùm bức xạ là 3mW Xác định vận tốc cực đại của electron khi nó vừa bị bật ra khỏi catôt và hiệu suất lượng tử

A 6.106 m/s; 9,3 % B 6.105 m/s; 0,93% C 5.106 m/s; 7,6% D 5.105 m/s; 0,76% Câu 34: Nguồn sáng thứ nhất có công suất P1 phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 450nm 1Nguồn sáng thứ hai có công suất P2 phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,60μm2 Trong cùng một khoảng thời gian, tỉ số giữa số photon mà nguồn thứ nhất phát ra so với số photon mà nguồn thứ hai phát ra là 3:1 Tỉ số P1 và P2 là:

I TÓM TẮT LÝ THUYẾT – CÔNG THỨC CƠ BẢN

1 Chuyển động của electrôn trong điện trường

a) Động năng cực đại và vận tốc cực đại của electrôn khi đến anốt A

- Động năng cực đại: Wđmax=1mv2max 1mv20max e.UAK

Trong đó: U là hiệu điện thế giữa anốt A và catốt K

vmax là vận tốc cực đại của electron ngay trước khi đập vào anốt

v0max là vận tốc ban đầu cực đại của electron khi rời catốt

 Chú ý: Nếu lực điện cùng chiều chuyển động của e thì nó sẽ làm e tăng tốc, ngược lại nó sẽ cản trở

chuyển động của e

DẠNG 3 CHUYỂN ĐỘNG CỦA ÊLECTRÔN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG VÀ

TỪ TRƯỜNG

b) Điện thế cực đại của quả cầu cô lập về điện:

- Điện tích cực đại của quả cầu: Qmax = RVmax

d) Tính bán kính lớn nhất của vùng electron khi đến anốt A

0max

2 AK

e) Tìm điều kiện để electron chuyển động thẳng đều : E B và E = v.B

f) Độ lệch khỏi phương ban đầu: ( ) 2 2

mdv

h) Tìm điều kiện để e bay ra khỏi tụ điện:

2 2 0

.2

0

.2

eU l v

2 Chuyển động của êlectrôn trong từ trường đều:

Khi hạt electron chuyển động trong từ trường đều thì chịu tác dụng của lực Lorenxơ :

f = e.v.BsinαL với α = (v; B) 

a) Trường hợp 1: α = 0  v B Hạt electron chuyển động thẳng đều: x = v.t

b) Trường hợp 2: α = 900   v B Hạt electron chuyển động tròn đều có bán kính R

- Tính chu kì và tần số quay: ω = v = e.B

R m ;

1 2π 2πm

T = = =

f ω eB

 Chú ý: Để tăng bán kính lớn nhất trong từ trường có thể giảm bớt bước sóng của ánh kích thích

chiếu tới catốt của tế bào quang điện

c) Trường hợp 3: 0

0 < α < 90 quỹ đạo của electron có dạng đường đinh ốc (giống lò xo)

- Tính bán kính cực đại của đường đinh ốc : 0max

  ( với l là chiều dài của vùng có từ trường B)

- Tính thời gian e chuyển động trong từ trường:

0 os

l t

A 5.10-18 J B 4.10-20 J C 5.10-20 J D 5,41.10-19J

Câu 2: Khi chiếu chùm bức xạ λ = 0,2μm rất hẹp vào tâm của catốt phẳng của một tế bào quang điện công thoát electron là A = 1,17.10-19J Anốt của tế bào quang điện cũng có dạng bản phẳng song song với catốt Đặt vào giữa anốt và catôt một hiệu điện thế UAK = -2V thì vận tốc cực đại của electron khi đến anốt bằng:

A 1,1.106m/s B 1,1.105m/s C 1,22.1012m/s D 1,22.1010m/s

Câu 3: Cho một tế bào quang điện làm bằng kim loại có giới hạn quang điện là λ = 0,35μm0 Chiếu vào catod ánh sáng tử ngoại có bước sóng λ = 0,30μm, biết hiệu điện thế UAK = 100V Vận tốc của electron quang điện khi đến anốt bằng:

Câu 4: Catốt của một tế bào quang điện làm bằng kim loại có công thoát A = 4,5eV Chiếu vào catốt một bức xạ có bước sóng  = 0,185µm Đặt vào giữa anốt và catốt một hiệu điện thế UAK = 2V Tìm động năng của electron khi đập vào anốt Cho h = 6,625.10-34

Câu 7: Catốt của một tế bào quang điện có công thoát electron A = 1,88eV Chiếu một chùm sáng có bước sóng  vào catốt này thì hiện tượng quang điện xảy ra Để triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện thì hiệu điện thế hãm có độ lớn 1,15V Động năng lớn nhất của electron khi tới anốt bằng bao nhiêu? Biết h = 6,625.10-34

J.s; c = 3.108m/s; 1eV = 1,6.10-19J

Câu 8: Trong thí nghiệm với tế bào quang điện, khi chiếu vào catôt chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ, để dòng quang điện triệt tiêu thì UAK = - 0,85V Nếu hiệu điện thế UAK = 0,85V; thì động năng cực đại của êlectron quang điện khi đến anôt sẽ là bao nhiêu?

Câu 9: (ĐH-2011) Khi chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,3μm1 vào catôt của một tế bào quang điện thì xảy ra hiện tượng quang điện và hiệu điện thế hãm lúc đó là 2V Nếu đặt vào giữa anôt

và catôt của tế bào quang điện trên một hiệu điện thế UAK = -2V và chiếu vào catôt một bức xạ điện từ khác có bước sóng λ = 0,15μm2 thì động năng cực đại của êlectron quang điện ngay trước khi tới anôt bằng:

A 1,325.10-18J B 6,625.10-19J C 9,825.10-19J D 3,425.10-19J

Câu 10: Catốt của tế bào quang điện có công thoát 1,5eV; được chiếu bởi bức xạ đơn sắc  Lần lượt đặt vào tế bào, điện áp UAK = 3V và U’AK = 15V, thì thấy vận tốc cực đại của elêctrôn khi đập vào anốt tăng gấp đôi Giá trị của  là:

A 0,3.106m/s B 0,73.106m/s C 0,63.106m/s D 0,43.106m/s

Câu 14: Khi chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0,180μmvào catốt của một tế bào quang điện thì hiện tượng quang điện xảy ra Để triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện thì hiện điện thế hãm có độ lớn 2,124V Nếu đặt giữa anốt và catốt của tế bào quang điện hiệu điện thế UAK = 8V thì động năng cực đại của electron quang điện khi nó tới anốt bằng bao nhiêu? Cho c = 3.108

m/s; h = 6,625.10-34J.s

B ĐIỆN THẾ CỰC ĐẠI CỦA VẬT CÔ LẬP

Câu 1: Công thoát electron khỏi đồng là 4,57eV Khi chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0,14μm vào một quả cầu bằng đồng đặt xa các vật khác thì quả cầu được tích điện đến điện thế cực đại là:

Câu 2: Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,20μmvào một quả cầu bằng đồng, đặt cô lập

về điện Giới hạn quang điện của đồng là 0,30μm Điện thế cực đại mà quả cầu đạt được so với đất là:

Câu 3: Một quả cầu bằng đồng cô lập về điện được chiếu bởi 1 bức xạ điện từ có λ= 0,14μm Cho giới hạn quang điện của Cu là 0,3μm Tính điện thế cực đại của quả cầu

Câu 4: Chiếu một chùm sáng tử ngoại có bước sóng 0,25m vào một lá vônfram có công thoát 4,5eV Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện bắn ra khỏi mặt lá vônfram và điện thế cực đại lá vônfram đạt được?

A 4,06.105m/s; 0,47V B 8,72.105m/s;0,47V C 1,24.106m/s; 2,8 V D 4,81.105m/s; 0,752V

Câu 5: Công thoát electron khỏi đồng là 4,57eV Chiếu chùm bức xạ điện từ có bước sóng  vào một quả cầu bằng đồng đặt xa các vật khác thì quả cầu đạt được điện thế cực đại 3V Bước sóng của chùm bức xạ điện từ đó là:

Câu 6: Công thoát electron của đồng là 4,47eV Khi chiếu bức xạ có bước sóng  vào quả cầu bằng đồng đặt cách li với các vật khác thì thấy quả cầu tích điện đến điện thế cực đại là 3,25V Bước sóng bằng:

Câu 7: Một tấm kim loại có giới hạn quang điện là λ = 0,275(μm) được đặt cô lập về điện Người ta 0chiếu sáng nó bằng bức xạ có bước sóng  thì thấy điện thế cực đại của tấm kim loại này là 2,4V Bước sóng  của ánh sáng kích thích là:

A 0,2738m B 0,1795m C 0,4565m D 3,259m

Câu 8: Khi chiếu lần lượt hai bức xạ có tần số là f1, f2 (với f1 < f2) vào một quả cầu kim loại đặt cô lập thì đều xảy ra hiện tượng quang điện với điện thế cực đại của quả cầu lần lượt là V1, V2 Nếu chiếu đồng thời hai bức xạ trên vào quả cầu này thì điện thế cực đại của nó là:

Câu 12: Chiếu bức xạ có tần số f1 vào quả cầu kim loại đặt cô lập thì xảy ra hiện tượng quang điện với điện thế cực đại của quả cầu là V1 và động năng ban đầu cực đại của electron quang điện đúng bằng một phần ba công thoát của kim loại Chiếu tiếp bức xạ có tần số f2 = f1 + f vào quả cầu kim loại đó thì điện thế cực đại của quả là 7V1 Hỏi chiếu riêng bức xạ có tần số f vào quả cầu kim loại đang trung hòa điện thì điện thế cực đại của quả cầu là:

Câu 13: Công thoát của kim loại A là 3,86eV; của kim loại B là 4,34eV Chiếu một bức xạ có tần số f

= 1,5.1015Hz vào quả cầu kim loại làm bằng hợp kim AB đặt cô lập thì quả cầu tích điện đến điện thế

cực đại là Vmax Để quả cầu tích điện đến điện thế cực đại là 1,25Vmax thì bước sóng của bức xạ điện từ chiếu vào quả cầu có độ lớn xấp xỉ bằng:

C CHUYỂN ĐỘNG CỦA ÊLECTRÔN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG

Câu 1: Khi chiếu một bức xạ có bước sóng 400nm vào bề mặt catốt của một tế bào quang điện có công thoát 2eV Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các electron quang điện có vận tốc lớn nhất, rồi cho bay từ A đến B trong một điện trường mà hiệu điện thế UAB = -5V Tính vận tốc của electron tại điểm

B

A 1,245.106 m/s B 1,236.106 m/s C 1,465.106 m/s D 2,125.106 m/s

Câu 2: Khi chiếu một bức xạ có bước sóng 400nm vào bề mặt catốt của một tế bào quang điện có công thoát 1,8eV Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các electron quang điện có vận tốc lớn nhất rồi cho bay từ A đến B trong một điện trường mà hiệu điện thế UAB = -20V Tính vận tốc của electron tại điểm

B

A 1,245.106 m/s B 1,236.106 m/s C 2,67.106 m/s D 2,737.106 m/s

Câu 3: Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các electron quang điện có vận tốc 106m/s, cho bay dọc theo đường sức trong một điện trường đều có cường độ 9,1V/m, sao cho hướng của vận tốc ngược hướng với điện trường Tính quãng đường đi được sau thời gian 1000ns

Câu 4: Chiếu một chùm bức xạ điện từ có bước sóng 0,4μm vào một bản A (công thoát electron là 1,4 eV) của một tụ điện phẳng Hiệu điện thế hãm nhỏ nhất hai bản tụ phải bằng bao nhiêu để electron thoát ra trên bản A bay trong khoảng chân không giữa hai bản tụ và dừng ngay trên bản B

A UAB = -1,7 V B UAB = 1,7 V C UAB = -2,7 V D UAB = 2,7 V

Câu 5: Chiếu một bức xạ đơn sắc thích hợp vào catốt của tế bào quang điện

Tách một chùm hẹp các electron quang điện có vận tốc 106m/s và cho đi vào

điện trường đều của một tụ điện phẳng tại điểm O cách đều hai bản tụ và phương

song song với hai bản tụ Biết hiệu điện thế giữa hai bản tụ 0,455V Khoảng

cách giữa hai bản tụ 2cm, chiều dài của tụ 5cm Tính thời gian electron chuyển

động trong tụ

A 100 (ns) B 50 (ns) C 25 (ns) D 20 (ns)

Câu 6: Hai bản kim loại phẳng có độ dài 30cm đặt nằm ngang, song song cách

nhau một khoảng 16 cm Giữa hai bản tụ có một hiệu điện thế 4,55V Hướng

một chùm hẹp các electron quang điện có vận tốc 106m/s theo phương ngang đi vào giữa hai bản tại điểm O cách đều hai bản Tính thời gian electron chuyển động trong tụ

Câu 7: Hai bản kim loại phẳng có độ dài 30cm đặt nằm ngang, song song cách nhau một khoảng 16

cm Giữa hai bản tụ có một hiệu điện thế 4,55V Hướng một chùm hẹp các electron quang điện có vận tốc 106m/s theo phương ngang đi vào giữa hai bản tại điểm O cách đều hai bản Xác định độ lớn vận tốc electron khi nó vừa ra khỏi hai bản

UAK = -0,3125V Anốt của tế bào đó cũng có dạng phẳng song song với catốt, đặt đối diện và cách catốt một khoảng 1cm Hỏi khi rọi chùm bức xạ rất hẹp trên vào tâm của catốt và đặt một hiệu điện thế

UAK = 4,55V thì bán kính lớn nhất của vùng trên bề mặt anốt mà các electron tới đập vào bằng bao nhiêu?

Câu 10: Đặt một hiệu điện thế UAK = 3Uh (Uh là độ lớn hiệu điện thế hãm) vào anốt và catốt của một tế bào quang điện (anốt nối với cực dương catốt nối với cực âm của nguồn điện) Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc váo catốt sao cho hiện tượng quang điện xảy ra Xem rằng anốt và catốt là phẳng được đặt song song và cách nhau một khoảng d = 3cm Khoảng xa nhất mà electron có thể bay về phía anốt là:

D CHUYỂN ĐỘNG CỦA E TRONG TỪ TRƯỜNG ĐỀU

Câu 1: Trong thí nghiệm về hiện tượng quang điện người ta cho các quang êlectrôn bay vào một từ trường đều theo phương vuông góc với đường sức từ thì bán kính quỹ đao lớn nhất của quang êlectrôn

sẽ tăng khi:

A Chỉ cần giảm bước sóng ánh sáng kích thích

B Tăng bước sóng ánh sáng kích thích và giảm cường độ ánh sáng kích thích

C Tăng cường độ ánh sáng kích thích và tăng bước sóng ánh sáng kích thích

D Chỉ cần tăng cường độ ánh sáng kích thích

Câu 2: Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các êlectrôn quang điện có vận tốc 7,31.105m/s và hướng

nó vào một từ trường đều có cảm ứng từ 9,1.10-5

T theo hướng vuông góc với từ trường Xác định bán kính quỹ đạo các electron đi trong từ trường

Câu 3: Chiếu bức xạ có bước sóng 533nm lên tấm kim loại có công thoát A = 3.10-19J Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các êlectrôn quang điện và cho bay vào từ trường theo phương vuông góc với đường cảm ứng từ Biết bán kính cực đại của quỹ đạo của các electron quang điện là 22,75mm Độ lớn cảm ứng từ B của từ trường là:

Câu 6: Khi chiếu một bức xạ  = 0,485m vào bề mặt catốt của một tế bào quang điện có công thoát

A = 2,1eV Hướng electron quang điện có vận tốc cực đại vào một điện trường đều và một từ trường đều có cảm ứng từ B = 10-4

T thì nó vẫn chuyển động theo một đường thẳng Biết véc tơ E



song song với Ox, véc tơ B



song song với Oy, véc tơ v

song song với Oz (Oxyz là hệ trục toạ độ Đề các vuông góc) Độ lớn của véc tơ cường độ điện trường là:

Câu 7: Khi chiếu một ánh sáng đơn sắc vào một tấm kim loại thì tốc độ ban đầu cực đại của electron bắn ra là 1,97.106

m/s Một hạt electron có tốc độ trên bay theo phương vuông góc với đường sức từ của một từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10-4T Bán kính quĩ đạo của electron là:

Câu 8: Khi chiếu một bức xạ có bước sóng 250nm vào bề mặt catốt của một tế bào quang điện có công thoát 3.10-19J Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các electron quang điện và hướng nó vào một từ trường đều cảm ứng từ 10-4T vuông góc với phương vận tốc ban đầu của electron Xác định bán kính cực đại của quỹ đạo electron đi trong từ trường

Câu 9: Chiếu bức xạ đơn sắc có bước sóng  = 0,2m vào một tấm kim loại có công thoát electron là

A = 6,62.10-19J Elêctron bứt ra từ kim loại bay vào một miền từ trường đều có cảm ứng từ B = 5.10

-5T Hướng chuyển động của electron quang điện vuông góc với B Vận tốc ban đầu cực đại của quang electron bứt ra khỏi catôt là

A 0,854.106m/s B 0,854.105m/s C 0,65.106m/s D 6,5.106m/s

Câu 10: Chiếu bức xạ đơn sắc có bước sóng  = 0,2m vào một tấm kim loại có công thoát electron

là A = 6,62.10-19J Elêctron bứt ra từ kim loại bay vào một miền từ trường đều có cảm ứng từ B = 5.10

-5T Hướng chuyển động của electron quang điện vuông góc với B Bán kính quỹ đạo của electron trong từ trường là

I HIỆN TƢỢNG QUANG ĐIỆN TRONG

1 Chất quang dẫn và hiện tƣợng quang điện trong

a) Chất quang dẫn: Chất quang dẫn là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành chất

dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp

b) Hiện tượng quang điện trong:

- Khi không bị chiếu sáng, các êlectron ở trong các chất quang dẫn đều ở trạng thái liên kết với các nút mạng tinh thể => không có êlectron tự do => chất dẫn điện kém

- Khi bị chiếu sáng, mỗi phôtôn của ánh sáng kích thích sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một êlectron liên kết Nếu năng lượng mà êlectron nhận được đủ lớn thì êlectron đó có thể được giải phóng khỏi mối liên kết để trở thành êlectron dẫn và tham gia vào quá trình dẫn điện

- Khi êlectron liên kết được giải phóng thì nó sẽ để lại một lỗ trống Lỗ trống này cũng tham gia vào quá trình dẫn điện

Vậy, khối chất nói trên trở thành chất dẫn điện tốt

 Định nghĩa: Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectron liên kết để cho chúng trở thành các

êlectron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện, gọi là hiện tượng quang điện trong

Hiện tượng quang điện trong được ứng dụng trong quang điện trở và pin quang điện

2 Quang điện trở

DẠNG 4: HIỆN TƢỢNG QUANG ĐIỆN TRONG HIỆN TƢỢNG QUANG

VÀ PHÁT QUANG

Etx

G

p+ + + +

Lớp chặn - - - - - +- +-

- - -

-+n

Hình 1

a) Định nghĩa: Quang điện trở là một tấm bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi khi cường độ chùm ánh

sáng chiếu vào nó thay đổi

b) Cấu tạo - nguyên tắc hoạt động:

- Cấu tạo: Gồm một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện

- Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiệu ứng quang điện trong

c) Đặc điểm: Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài mêgaôm khi không được chiếu sáng

xuống đến vài chục ôm khi được chiếu ánh sáng thích hợp

d) Ứng dụng: Lắp với các mạch khuếch đại trong các thiết bị điều khiển bằng ánh sáng, máy đo ánh

sáng

3 Pin quang điện

a) Định nghĩa: Pin quang điện (Pin Mặt Trời) là một nguồn điện trong đó quang năng được biến đổi

trực tiếp thành điện năng

b) Cấu tạo và hoạt động của pin quang điện:

* Cấu tạo:

- Gồm một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p (hình 1) Có thể tạo ra lớp này bằng cách cấy một tạp chất thích hợp vào lớp bề mặt của tấm bán dẫn loại n Trên cùng là một lớp kim loại rất mỏng Dưới cùng là một đế kim loại Các kim loại này đóng vai trò các điện cực trơ

- Giữa bán dẫn loại n và bán dẫn loại p hình thành một lớp

tiếp xúc p – n Lớp này ngăn không cho êlectron khuếch tán

từ n sang p và lỗ trống khuếch tán từ p sang n Vì vậy, người

ta gọi lớp tiếp xúc này là lớp chặn

* Hoạt động: Dựa vào hiện tượng quang điện trong và lớp

tiếp xúc p – n

- Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn

quang điện vào kim loại mỏng ở trên cùng thì ánh sáng sẽ đi

xuyên qua lớp này vào lớp loại p, gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng ra các cặp êlectron

và lỗ trống Êlectron dễ dàng đi qua lớp chặn xuống bán dẫn loại n Còn lỗ trống thì bị giữ lại trong lớp

p Kết quả là điện cực kim loại mỏng ở trên sẽ nhiễm điện dương và trở thành điện cực dương của pin, còn đế kim loại ở dưới sẽ nhiễm điện âm và trở thành điện cực âm của pin

- Nếu nối hai điện cực bằng một dây dẫn thông qua một ampe kế thì ta sẽ thấy có dòng quang điện chạy từ cực dương sang cực âm

- Hoạt động của pin dựa trên hiện tượng quang điện bên trong của một số chất bán dẫn như đồng ôxit, sêlen, silic, …

c) Hiệu suất của các pin quang điện: khoảng trên dưới 10%

d) Suất điện động của pin quang điện: khoảng từ 0,5V ÷ 0,8V

e) Ứng dụng của pin quang điện:

- Cung cấp điện trong sinh hoạt

- Máy đo ánh sáng,

- Dùng trong máy tính bỏ túi, vệ tinh nhân tạo, ôtô, máy bay

II HIỆN TƢỢNG QUANG – PHÁT QUANG

1 Hiện tƣợng phát quang

a) Sự phát quang:

+) Có một số chất ở thể rắn, lỏng hoặc khí hấp thụ năng lượng dưới dạng nào đó có khả năng phát

ra các bức xạ điện từ nhìn thấy, được gọi là sự phát quang

+) Mỗi chất phát quang có một quang phổ đặc trưng cho nó

+) Sau khi ngừng ánh sáng kích, sự phát quang của một số chất còn tiếp tục kéo dài thêm một

khoảng thời gian nữa rồi mới dừng hẳn

+) Thời gian phát quang: Khoảng thời gian từ lúc ngừng kích thích đến lúc ngừng phát quang được gọi là thời gian phát quang

Thời gian này dài ngắn khác nhau phụ thuộc vào chất phát quang

b) Các dạng phát quang:

+) Hiện tượng quang phát quang: là hiện tượng một số chất có khả năng hấp thụ ánh sáng kích

thích có bước sóng này để phát ra các ánh sáng có bước sóng khác

+) Phân loại: Căn cứ vào thời gian phát quang, người ta phân hiện tượng quang phát quang thành 2

loại là: huỳnh quang và lân quang

- Huỳnh quang: là sự phát quang có thời gian phát quang rất ngắn (t < 10-8s)

Nghĩa là ánh sáng phát quang hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích Xảy ra đối các chất lỏng và khí

- Lân quang: là sự phát quang có thời gian phát quang dài (t > 10-6s)

Nghĩa là ánh sáng phát quang còn kéo dài một thời gian sau khi tắt ánh sáng kích thích Xảy ra đối

các chất rắn Các chất rắn phát quang loại này gọi là các chất lân quang

- Trong các màn hình của: dao động kí điện tử, tivi, máy tính,

- Sử dụng sơn phát quang quét trên các biển báo giao thông

- Kim đồng hồ

III HẤP THỤ VÀ PHẢN XẠ LỌC LỰA

1 Hấp thụ ánh sáng

a) Định nghĩa: Hấp thụ ánh sáng là hiện tượng môi trường vật chất làm giảm cường độ của chùm sáng

truyền qua môi trường đó

b) Đặc điểm: Một phần năng lượng của chùm sáng đã bị tiêu hao và biến thành năng lượng khác

2 Định luật về sự hấp thụ ánh sáng

Cường độ I của chùm sáng đơn sắc truyền qua môi trường hấp thụ, giảm theo định luật hàm mũ của

độ dài d của đường đi tia sáng: -αd

0

I = I e (Io là cường độ của chùm sáng chiếu tới môi trường,  được gọi là hệ số hấp thụ của môi trường)

- Khi vật phản xạ tất cả ánh sáng có bước sóng khác nhau chiếu vào nó, theo hướng phản xạ ta nhìn thấy vật có màu trắng

- Khi vật hấp thụ tất cả các ánh sáng có bước sóng khác nhau chiếu tới nó, theo hướng phản xạ ta nhìn thấy vật màu đen

- Khi vật hấp thụ đa số bức xạ chính trong quang phổ của ánh sáng trắng, vật sẽ có màu xám

 Các vật thể có màu sắc là do vật được cấu tạo từ những vật liệu xác định và vật hấp thụ một

số bước sóng ánh sáng và phản xạ, tán xạ những bước sóng khác

II BÀI TẬP

A HIỆN TƢỢNG QUANG ĐIỆN TRONG

Câu 1: Chọn câu đúng Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng:

A Dẫn sóng ánh sáng bằng cáp quang

B Tăng nhiệt độ của một chất khí khi bị chiếu sáng

C Giảm điện trở của một chất khí khi bị chiếu sáng

D Thay đổi màu của một chất khí khi bị chiếu sáng

Câu 2: Chọn câu trả là đúng:

A Quang dẫn là hiện tượng dẫn điện của chất bán dẫn lúc được chiếu sáng

B Quang dẫn là hiện tượng kim loại phát xạ êlectron lúc được chiếu sáng

C Quang dẫn là hiện tượng điện trở của một chất giảm rất nhiều khi hạ nhiệt độ xuống rất thấp

D Quang dẫn là hiện tượng bứt quang êlectron ra khỏi bề mặt chất bán dẫn

Câu 3: Hãy chọn các cụm từ sau đây điện vào chỗ trống? Hiện tượng các êlectrôn để trở thành các êlectron dẫn gọi là hiện tượng quang điện bên trong

A bị bật ra khỏi catốt

B phá vỡ liên kết

C chuyển động mạnh hơn

D chuyển lên quỹ đạo có bán kính lớn hơn

Câu 4: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về hiện tượng quang dẫn?

A Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng giảm mạnh điện trở của chất bán dẫn khi bị chiếu sáng

B Trong hiện tượng quang dẫn, electron được giải phóng ra khỏi khối chất bán dẫn

C Một trong những ứng dụng quan trọng của hiện tượng qua ng dẫn là việc chế tạo đèn ống

D Trong hiện tượng quang dẫn, năng lượng cần thiết để giải phóng electron liên kết thành electron

dẫn được cung cấp bởi nhiệt

Câu 5: Điều nào sau đây là sai khi nói về quang trở?

A Bộ phận quan trọng của quang trở là một lớp bán dẫn có gắn hai điện cực

B Quang trở thực chất là một điện trở mà giá trị điện trở của nó có thể thay đổi theo nhiệt độ

C Quang trở có thể dùng thay thế cho các tế bào quang điện

D Quang trở chỉ hoạt động khi ánh sáng chiếu vào nó có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang dẫn của

quang trở

Câu 6: Quang trở có tính chất nào sau đây?

A Điện trở tăng khi chiếu quang trở bằng ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang dẫn của

Câu 7: Linh kiện nào dưới dây hoạt động dựa vào hiện tượng quang dẫn?

A Tế bào quang điện B Đèn LED C Quang trở D Nhiệt điện trở Câu 8: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về hiện tượng quang dẫn?

A Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng điện trở của chất bán dẫn giảm mạnh khi được chiếu sáng thích

hợp

B Hiện tượng quang dẫn còn gọi là hiện tượng quang điện bên trong

C Giới hạn quang điện bên trong là bước sóng ngắn nhất của ánh sáng kích thích gây ra hiện tượng

quang dẫn

D Giới hạn quang điện bên trong hầu hết là lớn hơn giới hạn quang điện ngoài

Câu 9: Phát biểu nào sau đây về hiện tượng quang dẫn là sai?

A Quang dẫn là hiện tượng ánh sáng làm giảm điện trở suất của kim loại

B Trong hiện tượng quang dẫn, xuất hiện thêm nhiều phần tử mang điện là êlectron và lỗ trống trong

khối bán dẫn

C Bước sóng giới hạn trong hiện tượng quang dẫn thường lớn hơn so với trong hiện tượng quang điện

D Hiện tượng quang dẫn còn được gọi là hiện tượng quang điện bên trong

Câu 10: Chọn câu sai trong các câu sau:

A Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng chất bán dẫn giảm mạnh điện trở khi bị chiếu sáng

B Trong hiện tượng quang dẫn, khi được giải phóng electron thoát khỏi chất bán dẫn và trở thành các

electron dẫn

C Đối với một bức xạ điện từ nhất định thì nó sẽ gây ra hiện tượng quang dẫn hơn hiện tượng quang điện

D Hiện tượng quang điện và hiện tượng quang dẫn có cùng bản chất

Câu 11: Điều nào sau đây là đúng khi nói về pin quang điện?

A Pin quang điện là một nguồn điện trong đó nhiệt năng biến thành điện năng

B Pin quang điện là một nguồn điện trong đó quang năng biến đổi trực tiếp thành điện năng

C Pin quang điện hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

D A, B và C đều đúng

Câu 12: Chỉ ra phát biểu sai:

A Pin quang điện là dụng cụ biến đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng thành điện năng

B Pin quang điện hoạt động dựa vào hiện tượng quang dẫn

C Quang trở và pin quang điện đều hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện ngoài

D Quang trở là một điện trở có trị số phụ thuộc cường độ chùm sáng thích hợp chiếu vào nó

Câu 13: Pin quang điện là nguồn điện, trong đó:

A Hóa năng được biến đổi thành điện năng

B Quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng

C Cơ năng được biến đổi thành điện năng

D Nhiệt năng được biến đổi thành điện năng

Câu 14: Pin quang điện hoạt động dựa vào những nguyên tắc nào sau đây?

A Sự tạo thành hiệu điện thế điện hoá ở hai điện cực

B Sự tạo thành hiệu điện thế giữa hai đầu nóng lạnh khác nhau của một dây kim loại

C Hiện tượng quang điện xảy ra bên cạnh một lớp chắn

D Sự tạo thành hiệu điện thế tiếp xúc giữa hai kim loại

Câu 15: Một bộ pin quang điện gồm nhiều pin mắc nối tiếp Diện tích tổng cộng của các pin là 0,4m2

Dòng ánh sáng chiếu vào bộ pin có cường độ 1000W/m2 Khi cường độ dòng điện mà bộ pin cung cấp cho mạch ngoài là 2,85A thì điện áp đo được hai cực của bộ pin là 20V Hiệu suất của bộ pin là:

Câu 16: Bình thường một khối bán dẫn có 1010

hạt tải điện Chiếu tức thời vào khối bán dẫn đó một chùm ánh sáng hồng ngoại  = 993,75nm có năng lượng E = 1,5.10-7J thì số lượng hạt tải điện trong khối bán dẫn này là 3.1010 Tính tỉ số giữa số phôtôn gây ra hiện tượng quang dẫn và số phôtôn chiếu tới kim loại?

B HIỆN TƢỢNG QUANG – PHÁT QUANG

Câu 1: Thông tin nào sau đây là đúng khi nói về sự huỳnh quang?