Biết hiệu suất của sự phát quang này là 90% (hiệu suất của sự phát quang là tỉ số giữa năng lượng của ánh sáng phát quang và năng lượng của ánh sáng kích thích trong một đơn vị thời gia[r]
Trang 1Câu 1 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 1s Bỏ qua sự hấp thụ phôtôn của môi trường Khoảng cách
xa nguồn sáng nhất mà mắt còn trông thấy nguồn là
A 27 km B 470 km C 6 km D 274 km
Giải: Cường độ sáng I tại điểm cách nguồn R được tính theo công thức: I = P
4 πR2
Năng lượng ánh sáng mà mắt có thể nhận được:
W = IS = I πd2
4 =
P
4 πR2
πd2
4 =
Pd2
16 R2 (d đường kính mắt) mà W = 80
hc
λ >
80 hcλ = Pd
2
16 R2 -> R = √Pd2λ
16 80 hc = 0,274.10
6 (m) = 274 (km) Chọn đáp án D Câu 2: Giới hạn quang điện của kẽm là 0,350m, của đồng là 0,300m Nếu lần lượt chiếu bức xạ có
bước sóng 0,320m vào một tấm kẽm tích điện dương và một tấm đồng tích điện âm đặt cô lập thì:
A Tấm kẽm vẫn tích điện dương, tấm đồng vẫn tích điện âm như trước
B Tấm kẽm vẫn tích điện dương, tấm đồng dần trở nên trung hoà về điện.
C Điện tích dương của tấm kẽm càng lớn dần, tấm đồng sẽ mất dần điện tích âm;
D Tấm kẽm và tấm đồng đều dần trở nên trung hoà về điện;
Chọn đáp án C vì
λKT < λ0Zn hiện tượng quang điện xảy ra, tấm kẽm mất bớt electron, điện tích dương của tấm kẽm tăng lên Còn tấm đồng mất dần điện tích âm do tác dụng nhiệt của bức xạ chiếu vào (sự bức xạ nhiệt electron)
Câu 3 Hiệu điện thế hãm của một tế bào quang điện là 1,5 V Đặt vào hai đầu anot (A) và catot (K) của
tế bào quang điện trên một điện áp xoay chiều: uAK = 3 cos ( 100 πt + π
3 ) (V) Khoảng thời gian dòng điện chạy trong tế bào này trong 2 phút đầu tiên là:
A 60s B 70s C 80s D 90s
Giải: Dòng điện chạy qua tế bào khi uAK -1,5 V Căn cứ vòng tròn lượng giác suy ra trong mỗi chu
kỳ T = 0,02 s thời gian chạy qua tế bào là 2 T3 = 0,04/3 (s) Trong 2 phút, (số chu kì 120:0,02 = 6000)
thời gian chạy qua là: t = 2.120/3 = 80 s Chọn đáp án C
Câu 4: Mức năng lượng của ng tử hidro có biểu thức En= -13.6/n2 eV Khi kích thích ng tử hidro từ quỹ đạo dừng m lên quỹ đạo n bằng năng lượng 2.55eV, thấy bán kính quỹ đạo tăng 4 lần bước sóng nhỏ nhất mà ng tử hidro có thể phát ra là:
A:1,46.10-6 m B:9,74.10-8 m C:4,87.10-7 m D:1,22.10-7 m
Giải: rm = m2r0; rn = n2r0 ( với r0 bán kính Bo)
r n
r m =
n2
m2 = 4 > n = 2m > En – Em = - 13,6 ( 1
n2 -
1
m2 ) eV = 2,55 eV
-> - 13,6 ( 1
4 m2 -
1
m2 ) eV = 2,55 eV ->
3
4 m2 13,6 = 2,55 -> m = 2; n = 4
-1,5V
Trang 2bước sóng nhỏ nhất mà ng tử hidro có thể phát ra là:
hc
λ = E4 – E1 = -13,6.( 1
n2 - 1) eV = 13,6 1516 ,1,6.10-19 = 20,4 10-19 (J) -> = hcE
4− E1 = 6 ,625 10
−34
3 108
20 , 4 10 −19 = 0,974.10 -7 m = 9,74.10 -8 m Chọn đáp án B Câu 5: Công thoát của kim loại A là 3,86 eV; của kim loại B là 4,34 eV Chiếu một bức xạ có tần số f
=1,5.1015 Hz 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
A 0,176μm B 0,283μm C 0,183μm D 0,128μm
Giải:
hf = AA + eVAmax = AB + eVBmax Do AB > AA nên VAmx > VBmax - Vmax = VAmax
hf = AA + eVAmax (*)
hf’ = AA + 1,25eVAmax (**) = AA + 1,25( hf – AA) = 1,25hf – 0,25AA
f’ = 1,25f – 0,25AA/h = 1,642 1015 Hz
Bước sóng của bức xạ điện từ chiếu vào quả cầu có độ lớn :
’ = c
f ' =
3 108
1 , 642 1015' 0,183μm Chọn đáp án C
Câu 6 Một bộ pin quang điện gồm nhiều pin mắc nối tiếp Diện tích tổng cộng của các pin là 0,4 m2
Dòng ánh sáng chiếu vào bộ pin có cường độ 1000 W/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 20 V Hiệu suất của bộ pin là
A 43,6% B 14,25% C 12,5% D 28,5%
Giải: Công suất ánh sáng chiếu vào diện tích bề mặt bộ pin: P = 1000 0,4 = 400 W.
Công suất tiêu thụ mạch ngoài: P’ = UI = 57 W
Hiệu suất của bộ pin H = P '
P =
57
400 = 0,1425 = 14,25% Chọn đáp án B
Câu 7: Người ta dùng một loại laze có công suất P = 12 W để làm dao mổ Tia laze chiếu vào chỗ mổ sẽ
làm nước ở phần mô chỗ đó bốc hơi và mô bị cắt Nhiệt dung riêng của nước là 4186 J/kg.độ Nhiệt hóa hơi của nước là L = 2260 kJ/kg, nhiệt độ cơ thể là 37oC, khối lượng riêng của nước 1000 kg/m3 Thể tích nước mà tia laze làm bốc hơi trong 1s là
A 4,557 mm3 B 7,455 mm3 C 4,755 mm3 D 5,745 mm3
Giải:
Gọi m là khối lượng nước đã bốc hơi
P t = m(ct + L) -> m = PtcΔt+ L V = m D = PtD (cΔt +L) >
V = 12 1
103(4186 63+2260 103) = 4,75488.10 -9 m 3 = 4,755 mm 3 Chọn đâp án C
Câu 8: Trong ống Cu-lit-giơ electron được tăng tốc bới một điện trường rất mạnh và ngay trước khi đập
vào đối anôt nó có tốc độ 0,8c Biết khối lượng ban đầu của electron là 0,511Mev/c2 Bước sóng ngắn nhất của tia X có thể phát ra:
A 3,64.10-12 m B 3,64.10-12 m C 3,79.10-12 m D 3,79.1012m
Giải:
Công mà electron nhận được khi đến anot A = Wđ = (m – m0)c2
m =
m0
√1 − v
2
c2
= m0
√1 −0,82 = m0
0,6 Bước sóng ngắn nhất của tia X có thể phát ra tính theo công thức:
hc
λ = (m – m0)c2 -> =
hc (m− m0)c2 =
hc
m0c2
( 1 0,6− 1)
= 3 hc
2 m0c2
Trang 3 = 3 hc
2 m0c2 =
3 6 , 625 10 − 34 3 108
2 0 ,511 1,6 10 − 13 = 3,646.10
-12 m Chọn đáp án B
Câu 9: Cho mức năng lượng của nguyên tử hirdo xác định bằng công thức
0 2
n
E E n
(
0 13,6 , 1, 2,3, 4
E eV n ).Để có thể bức xạ tối thiểu 6 photon thì Nguyên tử H phải hấp thụ photon
có mức năng lượng là:
Giải: Để có thể bức xạ tối thiểu 6 photon
nguyên tử Hiđro phải hấp thụ photon để chuyển
lên quỹ đạo từ N trở lên tức là n ≥4
Năng lượng của photon hấp thụ
≥ E4 – E1 = E0( 1
42− 1
12 ) = -13,6.(-15/16) eV=12,75eV Chọn đáp án A
Câu 10: Nguồn sáng thứ nhất có công suất P1 phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 1 450nm Nguồn sáng thứ hai có công suất P2 phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 2 0,60 m 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:
Giải P1 = N1
t
hc
λ1 P2 = N2
t
hc
λ2 ->
P1
P2
= N1
N2
λ2
λ1
= 3 0,6
0 , 45 = 4 Chọn
đáp án A
Câu 11 Tế bào quang điện có hai điện cực phẳng cách nhau d = 1 cm, giới hạn quang điện là 0; UAK = 4,55 V Chiếu vào catốt một tia sáng đơn sắc có bước sóng = 0/2, các quang electron rơi vào ca tốt trên một mặt tròn bán kính R = 1 cm Bước sóng 0 nhận giá trị:
A 1,092 m B 2,345 m C 3,022 m D 3,05 m
Giải: Để giải các bài tập dạng này ta vận dụng các kiến thức và công thức sau
Các quang e bứt ra khỏi catốt có vận tốc ban đầu cực đại v0max được xác định theo công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện:
hc
λ =
hc
λ0+
mv0 max2
2 Các quang e bứt ra khỏi catốt theo các hướng khác nhau và chuyển động về anốt, trong đó các
quang e bay ra theo hướng song song với mặt phẳng catốt
sẽ rơi xa nhất, ở phần ngoài cùng của mặt tròn, bán kính
R chính là tầm bay xa của các quang e này: R = v0max t
với t là thời gian chuyển động của quang e từ K đến A
Lực tác dụng lên e có độ lớn F = eE = eU/d = ma với a là gia tốc của quang e.d = s = at2/2
Giải bài tập đã cho:
Gia tốc của quang e chuyển động từ K về A a = eUAK/md thời gian chuyển động của e từ K về A
t = √2 d a =√2 md2
eUAK =√2 9,1 10− 3110− 4
1,6 10−19 4 , 55 =1 ,58 10
−8
(s)
v0max = R/t = 0,01/1,58.10-8 (m/s)= 0,6329 106 m/s
hc
λ =
hc
λ0+
mv0 max2
2 ->
2 hc
λ0 =
hc
λ0+
mv0 max2
2 ->
hc
λ0=
mv0 max2 2
d
R
v0m
A
N: n =4 M: n = 3 L: n =2 K: n = 1
Trang 4λ0= 2 hc
mv0 max2 =
2 6 , 625 10 − 34 3 108 9,1 10− 31 0 ,63292.1012=¿ 1,09.10
-6 (m) = 1,09 µm Chọn đâp án A
Giải: Áp dụng công thức rn = n2r0 quỹ đạo O ứng với n = 5 r5 = 25r0 = 25 0,53.10-10 = 13,25.10-10 m = 13,25A0 Khi electron chuyển động trên quỹ đạo tròn bán kính r thì lực tĩnh điện giữa hạt nhân và electron F = 9.109 e2
r2 đóng vai trò là lực hướng tâm Fht = mv
2
r ->
mv2
r = 9.10
9 e2
r2 -> v = √9 109e2
mr = √ 9 1091,62 10− 38
9,1 10−31 13 , 25 10 − 10 = 0,437.10
6 m/s 4,4.10 5 m/s.
Chọn đáp án C: r = 13,25A 0 v = 4,4.10 5 m/s.
Câu 13: chiếu bức xạ có tần số f1 vào quả cầu kim laoij 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 trên (đang trung hòa điện) thì điện thế cực đại của quả cầu là: Đáp số: 3V1
Giải: Điện thế của quả cầu đạt được khi e(Vmax – 0) = mv0 max
2
2 =eUh
ta có hf1 = A + mv12
2 = A + eV1 (1) Với A = 3
mv12
2 =3 eV1 (2) h(f1+ f) = A + mv212
2 = A + eV2 = A + 7eV1 (3) hf = A +
mv2
2 = A + eV (4) Lấy (3) – (1) : hf = 6eV1 > 6eV1 = A + eV -> eV = 6eV1 – A = 3eV1 Do đó V = 3V 1
Câu 14: Khi hiệu điện thế hai cực ống Cu-lít -giơ giảm đi 2000V thì tốc độ các êlectron tới anốt giảm
6000km/s Tốc độ êlectron tới anốt ban đầu:
A 5,86.107m/s B 3,06.107m/s C 4,5.107m/s D 6,16.107m/s
Giải Kí hiệu U = 2.103 (V) v = 6.106 m/s
Ta có Wđ = mv
2
2 -
mv20
2 = eUAK (*) với v0 vận tốc electron ở catot
W’đ =
v − Δv¿2
¿
m¿
¿
- mv20
2 = e(UAK - U) (**)
Lấy (*) – (**) ->
v − Δv¿2
¿
m¿
¿
- mv
2
2 = eU > v =
Δv¿2
¿
2 eΔU
m +¿
¿
6,16.10 7 m/s Đáp án D
Câu 15 Một phô tôn có năng lượng 1.79 eV bay qua hai nguyên tử có mức kích thích 1.79 eV, nằm trên
cùng phương của phô tôn,Các nguyên tử có thể ở trạng thái cơ bản hay ở trạng thái kích thích Goi X là
số phô tôn có thể thu dược sau đó, theo phương của phô tôn tới chỉ ra phương án sai
A x = 0 B X = 3 C X = 1 D X = 2
Giải Theo lí thuyết về phát xạ cảm ứng (hay phát xạ kích thích) khi một nguyên tử đang ở trạng thái
kích thích, sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng lượng =hf mà bắt gặp một phôtôn ’ đúng bằng hf bay ngang qua thì nguyên tử đó lập tức phát ra phôtôn có cùng năng lượng và bay cùng phương với phôtôn
’ Theo bài ra nếu 2 nguyên tử đều ở trạng thái cơ bản thì có 1 phôtôn tới, nếu 1 hoặc cả 2 nguyên tử ở trạng thái kích thích thì sẽ có 2 hoặc 3 phôtôn
Do đó đáp cần chọn là x = 0 Chọn đáp án A
Trang 5Câu 16: Chất lỏng fluorexein hấp thụ ánh sáng kích thích có bước sóng λ = 0,48μm và phát ra ánh có
bước sóng λ’ = 0,64μm Biết hiệu suất của sự phát quang này là 90% (hiệu suất của sự phát quang là tỉ
số giữa năng lượng của ánh sáng phát quang và năng lượng của ánh sáng kích thích trong một đơn vị thời gian), số phôtôn của ánh sáng kích thích chiếu đến trong 1s là 2012.1010 hạt Số phôtôn của chùm sáng phát quang phát ra trong 1s là
A 2,6827.1012 B 2,4144.1013 C 1,3581.1013 D 2,9807.1011
Giải: Công suất của ánh sáng kích thích P = N hc
λ N số phôtôn của ánh sáng kích thích phát ra
trong 1s Công suất của ánh sáng phát quang: P’ = N’ hc
λ ' N’ số phôtôn của ánh sáng phát quang
phát ra trong 1s Hiệu suất của sự phát quang: H = P '
P =
N ' N
λ
λ '
-> N’ = NH λ'
λ = 2012.1010 0,9
0 ,64
0 , 48 = 2,4144.1013 Chọn đáp án B
Câu 16 Ca tốt của tế bào quang điện chân không là một tấm kim loại phẳng có giới hạn quang điện 0
= 0,6 m Chiếu vào catốt ánh sáng có bước sóng = 0,5 m Anốt cũng là tấm kim loại phẳng cách cotốt 1cm Giữa chúng có một hiệu điệnn thế 10 V Tính bán kính lớn nhất trên bề mặt anốt có quang electron đập tới: A R = 4,06 mm B R = 4,06 cm C R = 8,1 mm D R = 6,2 cm
Giải Các quang e bứt ra khỏi catốt có vận tốc ban đầu cực đại v0max được xác định theo công thức
Anhxtanh về hiện tượng quang điện:
hc
λ =
hc
λ0+
mv0 max2
2 ->
mv20 max
2 =hc(
1
λ −
1
λ0)⇒ v0 max=√2 hcm (
1
λ −
1
λ0)=√2 6 , 625 10 −34 3 108
9,1 10−31
(0,6 −0,5)
0,6 0,5 10− 6=3,8 10
5 (m/s) Các quang e bứt ra khỏi catốt theo các hướng khác nhau và chuyển động về anốt, trong đó các quang e bay ra theo hướng song song với mặt phẳng catốt sẽ rơi xa nhất, ở phần ngoài cùng của mặt tròn, bán kính Rmax chính là tầm bay xa của các quang e này: Rmax = v0max t với t là thời gian chuyển động của quang e từ K đến A Lực tác dụng lên e có độ lớn F = eE = eU/d = ma với a là gia tốc của quang e
d = s = at2/2 Gia tốc của quang e chuyển động từ K về A
a = eUAK/md thời gian chuyển động của e từ K về A
t = √2 d a =√2 md2
eUAK =√2 9,1 10− 3110− 4
1,6 10− 19.10 =1 ,067 10
− 8 (s)
R max = v 0max t = 3,8.10 5 1,067.10 -8 = 4,0546.10 -3 m
= 4,06 mm Chọn đáp án A
Câu 17: hai điện cực bằng canxi đặt gần nhau trong chân không và
được nối với 1 tụ điện có điện dung C =8nF Chiếu vào 1 trong 2 điện cực với thời gian đủ lâu bằng ánh sáng có tần số f = 1015Hz cho đến khi dòng quang điện mất hoàn toàn Công thoát electron ở canxi là A= 2,7625eV.điện tích q trên các bản tụ khi dó gần bằng ( Đáp số: 1,1.10-8C)
Giải: hf = A + eUh -> eUh = hf – A = 6,625.10-34.1015 1
1,6 10−19 - 2,7625 (eV)
= 4,1406 – 2,7625 (eV) = 1,3781 (eV) > Uh 1,3781 (V)
Điện tích q trên các bản tụ khi dó gần bằng q = CU h = 1,3781.8.10 -9 = 1,1 10 -8 C
d
R
v0m
A