Tính hiệu suất lượng tử ( là tỉ số giữa e thoát ra catốt và số phô tôn rọi lên nó)... Dùng kl đó để làm catốt của 1 tế bào quang điện.[r]
Trang 1Phần I: SÓNG ÁNH SÁNG
Phần II: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
I LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
1 Thuyết lượng tử ánh sáng: = hf = h
+ Năng lượng của phô tôn
f ( Hz): Tần số bức xạ [m]: Bước sóng của ánh sáng
C = 3.108 (m/s): Vận tốc ánh sáng trong chân không
h: 6,625.10-34 [J/s]: Hằng số Plăng [J]: Năng lượng của phô tôn
2 Phương trình Anhxtanh: = A + mV02
A: Công thoát của electron khỏi kim loại ; V0 : Vận tốc ban đầu cực đại của các electron ; m = 9,1.10-31 (Kg): khối lượng electron
3 Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện.
0 ; với 0 = : gới hạn quang điện của kim loại làm catốt
4 Hiệu điện thế hãm eUh = mV02
5 Công suất của nguồn sáng
P = ; : là số phô tôn ứng với bức xạ phát ra trong 1s
6 Cường độ dòng điện bão hoà.
Ibh = nee ; ne: số electron đến anôt trong 1s
7 Hiệu suất lượng tử: H =
ne : số electron bức ra khỏi catot trong 1s
: số electron đập vào catot trong 1s
II BÀI TẬP CƠ BẢN.
Trang 2Dạng 1: Áp dụng định lý động năng
Cơ sở lý thuyết:
A > 0 à Vt > V0: công dương
A < 0 à Vt < V0: công âm
* Công của lực điện trường: khi điện tích q di chuyển giữa hai điểm có hiệu điện thế U12 thì công của điện trường là: A = q.U12 ( q và U12 có thể dương hoặc âm)
Bài 1.1: Tìm động năng của electron khi tới đối âm cực của ống Rơnghen ( bỏ qua electron vừa bức khỏi catot) giải:
Áp dụng định về động năng: (1) Theo đề V0 = 0
A = qe.UKA mà qe = -e còn UKA = - UAK
Thay vào (1) ta có: = (-e).(- UAK) = eUAK vậy = eUAK
Bài 1.2: Tìm hiệu điện thế hãm để cho dòng quang điện của tế bào quang điện bị triệt tiêu.
Giải:
Áp dụng định lý về động năng: qe.UKA (1)
Với Vt = 0, mà qe = -e còn UKA = - UAK
mặt khác UAK = Uh < 0 thay vào một ta có: - = - eUh ó = eUh
Bài 1.3: Một quả cầu cô lập về điện: khi chiếu bức xạ vào quả cầu Tìm điện thế cực đại của quả cầu
giải:
Áp dụng định về động năng: qe ( Vmax - V ) (1)
với Vt = 0; qe = -e; V = 0 thay vào (1) ta có: = eVmax è Vmax
Trang 3Bài 1.4: Hiệu điện giữa Anốt và Catốt của 1 ống Rơnghen là U = 2.104(v) Tìm bước sóng nhỏ nhất của tia rơnghen mà
ống có thể phát ra Bỏ qua động năng của electron lúc bức ra khỏi Catốt Biết e = 1,6.10-9(C) ; C = 3.108 m/s ; h = 6,625.10-34 J(s)
Giải:
Động năng của electron lúc đến đập vào đối âm cực qe.UKA
với Vt = 0; qe = -e ; UKA = - UAK = U; Vậy: = eU
- Động năng này 1 phần biến thành nhiệt năng Q làm nóng đối âm cực và phần còn lại biến thành nl của tia X
Ta có: eU = Q + h è eU h è
Dạng 2: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG
Kim loại: 0, A; Electron quang điện: E0đ ; V0
Dòng quang điện: Ibh ; Uh
* Áp dụng các công thức liên quan đến hiện tượng quang điện:
Lượng tử ánh sáng: = hf = h Giới hạn quang điện: 0 = h
Phương trình Anh Xtanh: = A +
Hiệu điện thế hãm: eUh =
Cường độ dòng quang điện bão hoà: Ibh = n.e
Bài 2.1: Khi chiếu 1 bức xạ điện từ có bước sóng = 0,5 vào bề mặt catốt của 1 tế bào quang điện tạo ra dòng điện bảo hoà Ibh = 0,32 (A) công suất bức xạ đập vào catốt là P = 1,5 w Tính hiệu suất lượng tử ( là tỉ số giữa e thoát ra catốt
và số phô tôn rọi lên nó) Biết: h = 6,625.10-34 Js ; C = 3.108 m/s ; e = 1,6.10-19 C
Giải:
Trang 4Năng lượng của mỗi phô tôn: = h = 6,625.10-34 = 39,75.10-20 J
Năng lượng bức xạ đập vào catốt trong 1s W = P.t = 1,5.1= 1,5 (J)
Số phô tôn đến đập vào catốt trong 1s: = = = 3,77.10-18 (hạt)
Điện lượng đến anốt trong 1s Q = I.t = 0,32.1=0,32 ( C)
Số electron đến anốt trong 1s ne = = (e)
Hiệu suất lượng tử: H = =
Bài 2.2: Công tối thiểu để bức 1 electron ra khỏi mặt kim loại là 1,88 eV Dùng kl đó để làm catốt của 1 tế bào quang điện.
Hãy xđ:
a Giới hạn quang điện của kl đã cho
b.Vận tốc cực đại của electron bắn ra khỏi mặt kl khi chiếu vào đó ánh sáng có bước sóng =0,489
c Số electron tách ra khỏi bề mặt kl trong 1 phút Giả thiết rằng tất cả electron tách ra đều bị hút về anốt và cường dòng quang điện đo được là I = 0,26
d Hiệu điện thế giữa hai cực của tế bào quang điện sao cho dòng điện triệt tiêu
Giải:
a Giới hạn quang điện 0 = =
b Vận tốc cực đại của electron h = A + E0đ
mà E0đ = è V0 = = = 0,48.1016 m/s
c Số e tách ra khỏi mặt kim loại trong 1 phút
Trang 5Điện lượng qua mạch trong 1s Q = T.t = 0,26.10-3 ( C)
Số electron qua mạch trong 1s hạt
N = n.60 = 9,5.1016 hạt
d Hiệu điện thế hãm eUh = = E0đ è Uh = = (v)
Bài 2.3: Khi rọi ánh sáng có bước sóng = 300 nm vào catốt của 1 tế bào quang điện thì các electron quang điện bức ra
có động năng cực đại là 2,03 eV
a Tính công thoát electron của kim loại làm catốt
b Tính hiệu điện thế hãm nếu ánh sáng tạo thành có bước sóng ’ = 400 nm
Giải:
a Công thoát của electron:
h = A + E0đ è A = h - E0đ =
b, Ta có: h = A + mà = eUh è h = A + eUh
eUh = h - A è Uh = ( h - A ) = 1 V
Bài 2.4: Công thoát của electron khỏi lim loại đồng là 4,47 ev.
a Tính giới hạn quang điện của đồng
b Khi chiếu bức xạ điện từ có bước sóng = 0,14 vào một quả cầu bằng đồng đặt cách li các vật khác, thì quả cầu được tích điện đến điện thế cực đại bằng bao nhiêu
giải:
a, Gới hạn quang điện của đồng
b, Động năng ban đầu cực đại của electron quang điện bức xạ khỏi quả cầu
Trang 6h = A + è = h - A (1)
Áp dụng định lý về động năng:
qe ( VM – V ) với Vt = 0; qe = -e; V = 0
Ta có: = eVM è VM = e ( 2)
Từ ( 1) và (2 ) ta có:
Dạng 3: ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN VÀO VIỆC ĐO CÁC HẮNG SỐ VẬT LÝ.
Áp dụng:
Công thức lượng tử ánh sáng: = hf = h
Phương trình Anhxtanh: = A + mV02
Phương trình về hiệu điện thế hãm Uh = mV02 ( Uh = )
Bài 3.1: Khi chiếu bức xạ tần số f = 2,2.1015 Hz vào kim loại thì có hiện tượng quang điện và các electron bắn ra đều bị
giữ lại bởi hiệu điện thế hãm U1 = 6,6 (V) Còn khi chiếu vào bức xạ f2 = 2,538.1015 Hz vào kim loại đó thì các electron quang điện bắn ra đều bị giữ lại hiệu điện thế hãm U2 = 8 ( V)
a, Xác định hằng số plăng
b, Xác định giới hạn quang điện của kim loại này Cho e = 1,6.10-19 ( C); C = 3.108 m/s
Giải:
a, Xác định hằng số Plăng: Ta có: hf1 = A +
Vì electron bị giữ lại bởi hiệu điện thế hãm U1 nên: = eU1
Ta có:: hf1 = A + eU1 (1)
Trang 7Tương tự: hf2 = A + eU2 (2)
lấy (1) trừ (2) ta có:
h( f1 – f2) = e( U1 – U2)
b, giới hạn quang điện của kim loại