CHƯƠNG VII: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1. Năng lượng một lượng tử ánh sáng (hạt phôtôn) 2 hc hf mce l = = = Trong đó h = 6,625.10 -34 Js là hằng số Plăng. c = 3.10 8 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.; f, λ là tần số, bước sóng của ánh sáng (của bức xạ).; m là khối lượng của phôtôn 2. Tia Rơnghen (tia X) Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen đ Min hc E l = ; Trong đó 2 2 0 đ 2 2 mv mv E e U= = + là động năng của electron khi đập vào đối catốt (đối âm cực) U là hiệu điện thế giữa anốt và catốt; v là vận tốc electron khi đập vào đối catốt v 0 là vận tốc của electron khi rời catốt (thường v 0 = 0); m = 9,1.10 -31 kg là khối lượng electron 3. Hiện tượng quang điện *Công thức Anhxtanh 2 0 ax 2 M mv hc hf Ae l = = = + ; Trong đó 0 hc A l = là công thoát của kim loại dùng làm catốt; λ 0 là giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt v 0Max là vận tốc ban đầu của electron quang điện khi thoát khỏi catốt; f, λ là tần số, bước sóng của ánh sáng kích thích * Để dòng quang điện triệt tiêu thì U AK ≤ U h (U h < 0), U h gọi là hiệu điện thế hãm 2 0 ax 2 M h mv eU = Lưu ý: Trong một số bài toán người ta lấy U h > 0 thì đó là độ lớn. * Xét vật cô lập về điện, có điện thế cực đại V Max và khoảng cách cực đại d Max mà electron chuyển động trong điện trường cản có cường độ E được tính theo công thức: 2 ax 0 ax ax 1 2 M M M e V mv e Ed= = * Với U là hiệu điện thế giữa anốt và catốt, v A là vận tốc cực đại của electron khi đập vào anốt, v K = v 0Max là vận tốc ban đầu cực đại của electron khi rời catốt thì: 2 2 1 1 2 2 A K e U mv mv= - * Hiệu suất lượng tử (hiệu suất quang điện) 0 n H n = Với n và n 0 là số electron quang điện bứt khỏi catốt và số phôtôn đập vào catốt trong cùng một khoảng thời gian t. Công suất của nguồn bức xạ: 0 0 0 n n hf n hc p t t t e l = = = Cường độ dòng quang điện bão hoà: bh n e q I t t = = bh bh bh I I hf I hc H p e p e p e e l Þ = = = * Bán kính quỹ đạo của electron khi chuyển động với vận tốc v trong từ trường đều B ¶ , = ( ,B) sin mv R v e B a a = r ur Xét electron vừa rời khỏi catốt thì v = v 0Max Khi sin 1 mv v B R e B a^ Þ = Þ = r ur Lưu ý: Hiện tượng quang điện xảy ra khi được chiếu đồng thời nhiều bức xạ thì khi tính các đại lượng: Vận tốc ban đầu cực đại v 0Max , hiệu điện thế hãm U h , điện thế cực đại V Max , … đều được tính ứng với bức xạ có λ Min (hoặc f Max ) 4. Tiên đề Bo - Quang phổ nguyên tử Hiđrô * Tiên đề Bo 1 hf mn hf mn nhận phôtôn phát phôtôn E m E n E m > E n mn m n mn hc hf E Ee l = = = - * Bán kính quỹ đạo dừng thứ n của electron trong nguyên tử hiđrô: r n = n 2 r 0 Với r 0 =5,3.10 -11 m là bán kính Bo (ở quỹ đạo K) * Năng lượng electron trong nguyên tử hiđrô: 2 13,6 ( ) n E eV n =- Với n ∈ N * . * Sơ đồ mức năng lượng - Dãy Laiman: Nằm trong vùng tử ngoại Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo K Lưu ý: Vạch dài nhất λ LK khi e chuyển từ L → K Vạch ngắn nhất λ ∞ K khi e chuyển từ ∞ → K. - Dãy Banme: Một phần nằm trong vùng tử ngoại, một phần nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo L Vùng ánh sáng nhìn thấy có 4 vạch: Vạch đỏ H α ứng với e: M → L Vạch lam H β ứng với e: N → L Vạch chàm H γ ứng với e: O → L Vạch tím H δ ứng với e: P → L Lưu ý: Vạch dài nhất λ ML (Vạch đỏ H α ) Vạch ngắn nhất λ ∞ L khi e chuyển từ ∞ → L. - Dãy Pasen: Nằm trong vùng hồng ngoại Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo M Lưu ý: Vạch dài nhất λ NM khi e chuyển từ N → M. Vạch ngắn nhất λ ∞ M khi e chuyển từ ∞ → M. Mối liên hệ giữa các bước sóng và tần số của các vạch quang phổ của nguyên từ hiđrô: 13 12 23 1 1 1 λ λ λ = + và f 13 = f 12 +f 23 (như cộng véctơ) Một số dạng bài tập cơ bản về hiện tượng quang điện Dạng 1: Đại cương *Năng lượng một lượng tử ánh sáng (hạt phôtôn) 2 hc hf mce l = = = ; Trong đó h = 6,625.10 -34 Js là hằng số Plăng. c = 3.10 8 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không. f, λ là tần số, bước sóng của ánh sáng (của bức xạ). m là khối lượng của photon *Công thức Anhxtanh: 2 0 ax 2 M mv hc hf Ae l = = = + Trong đó 0 hc A l = là công thoát của kim loại dùng làm catốt λ 0 là giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt; v 0Max là vận tốc ban đầu của electron quang điện khi thoát khỏi catốt; f, λ là tần số, bước sóng của ánh sáng kích thích *Giới hạn quang điện của kim loại( 0 λ ) Từ công thức: 0 0 hc hc A A l l = Þ = 2 Laiman K M N O L P Banme Pasen H α H β H γ H δ n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 *Hiệu điện thế hãm:U h 2 2 0max 0 0max 1 . 2 2. h max h h mv e U W e U mv U e = ⇔ = ⇒ = *Tìm bước sóng ánh sáng kích thích: Từ: f chc fh hc ==⇒== ε λ λ ε . Hoặc: 2 max00 0 2 max0 0 2 2 2 mvhc hcmv hchc λ λ λ λλ + =⇒+= Dạng 2:Cho công suất của nguồn bức xạ là P.Tính số Photon đập vào Katot sau khoảng thời gian t Công suất của nguồn bức xạ: 0 0 0 n n hf n hc W P t t t t e l = = = = Năng lượng của chùm photon rọi vào Katot sau khoảng thời gian t:W = P.t Năng lượng của một photon: . hc h f ε λ = = Năng lượng của n p photon: . p W n ε = Số photon đập vào Katot: . p W P t n ε ε = = hay . . p P t n hc λ = nếu t=1s hc PP n p λ ε . ==⇒ Dạng 3: Cho cường độ dòng quang điện bão hào: I bh . Tính số e quang điện bật ra khỏi Katot sau khoảng thời gian t. PP: Điện lượng chuyển từ : Cường độ dòng quang điện bão hoà: . . bh e N e q I n e t t = = = Với n e là số electron bật ra khỏi catốt (và đi đến anốt) mỗi giây ⇒ e tI e q n bh e . == nếu t=1s e I n bh e =⇒ Lưu ý: Gọi n e ’ là số e quang điện bật ra ở Katot ( ' e n n> ) Nếu đề không cho rõ % e quang điện bật ra về được Anot thì lúc đó ta cho n e ’ = n e Dạng 4: Tính hiệu suất lượng tử của tế bào quang điện. PP: Hiệu suất lượng tử của tế bào quang điện là đại lượng được tính bằng tỉ số giữa số e quang điện bật ra khỏi Katot với số photon đập vào Katot. * Hiệu suất của hiện tượng quang điện (hiệu suất lượng tử) .100% e p n n = <1 3 số electron bật ra khỏi kim loại (catốt) H = số phôtôn tới kim loại (catốt) . . 1 . . . . bh e bh p I t n I hc e H P t n P e hc λ λ ⇒ = = = < * Hiệu suất lượng tử (hiệu suất quang điện) Với n e và n p là số electron quang điện bứt khỏi catốt và số phôtôn đập vào catốt trong cùng một khoảng thời gian t. Dạng 5: Tính giới hạn quang điện và vận tốc cực đại ban đầu của e quang điện khi bật ra khỏi Katot PP: Giới hạn quang điện: A hchc A =⇔= 0 0 λ λ Với A công thoát (J hoặc eV) (1eV = J) Phương trình Anhxtanh: 2 0max 0max 0 . . . 1 . 2 h c h c h c hf A W m v ε λ λ λ = = = + ⇔ = + Động năng cực đại: 0max 0 1 1 .W h c λ λ   = −  ÷   ⇒ max 0 2. . 1 1h c v m λ λ   = −  ÷   Mặc khác,theo định lý động năng: 2 0 0max 1 2 h max e U W mv= = ; Với U h hiệu điện thế hãm: Phương trình Anhxtanh: 0max . . . h h c h c hf A e U A W ε λ λ = = = + ⇔ = + ⇒       −=== A ch mm Ue m W v h λ .2 2 2 max0 max0 Dạng 6: Tính hiệu điện thế hãm giữa 2 cực của AK để triệt tiêu dòng quang điện. Để dòng quang điện triệt tiêu thì U AK ≤ U h (U h < 0), U h gọi là hiệu điện thế hãm Pt Anhxtanh: 2 0 ax 0max 1 2 m hc hf A W A mv ε λ = = = + = + Định lý động năng: 2 2 0max 0 0max 1 2 2. h max h mv e U W mv U e = = ⇒ = Vậy :pt Anhxtanh: 0 . . . . . h h h c h c h c hf A e U e U ε λ λ λ = = = + ⇔ = + ⇒ U h hiệu điện thế hãm: 0 . 1 1 h h c U e λ λ   = −  ÷   Lưu ý: Trong một số bài toán người ta lấy U h > 0 thì đó là độ lớn. Dạng 7: Cho 0 AK U > hãy tính vận tốc của e khi đập vào Anot. PP:Với U AK là hiệu điện thế giữa anốt và catốt, v là vận tốc cực đại của electron khi đập vào anốt, v 0 = v 0Max là vận tốc ban đầu cực đại của electron khi rời catốt thì theo định lí động năng: Ta có: 2 2 2 2 0max 0 0 1 1 1 1 . 2 2 2 2 n n AK W W A mv mv A mv mv eU− = ⇔ − = ⇔ − = 4 Mà: 2 0max 0 ax 0 1 1 1 . . 2 m W m v h c λ λ   = = −  ÷   ⇒ 0 1 1 . . 1 2 AK eU h c v m λ λ   + −  ÷   = Dạng 8: Cho vận tốc electron khi đi vào điện trường đều E ur có vận tốc ban đầu o v .Hãy tính vận tốc v của e tại một điểm trong điện trường cách điểm ban dầu một đoạn là d. 2 2 2 0 0 1 1 2 . . 2 2 A eU e E d mv mv v v m ⇒ = = − ⇒ = + Dạng 9: Chiếu ánh sáng kích thích có bước sóng thích hợp vào bề mặt tấm KL (hay quả cầu) được cô lập về điện. Tính hiệu điện thế cực đại mà tấm KL đạt được. PP: Khi chiếu ánh sáng kích thích vao bề mặt KL thì e quang điện bị bật ra, tấm KL mất điện tử (-) nên tích điện (+) và có điện thế là V. Điện trường do điện thế V gây ra sinh ra 1 công cản . C A eV= ngăn cản sự bứt ra của các e tiếp theo. Nhưng ban đầu 0 axC m A W< nên e quang điện vẫn bị bứt ra. Điện tích (+) của tấm KL tăng dần, điện thế V tăng dần. Khi axm V V= thì công lực cản có độ lớn đúng bằng 0 axm W của e quang điện nên e không còn bật ra. Ta có: ax 0max ax 0 1 1 . . . m m eV W eV A h c ε λ λ   = ⇔ = − = −  ÷   ⇒ Vậy: max 0 . 1 1h c V e λ λ   = −  ÷   Chú ý:Xét vật cô lập về điện, có điện thế cực đại V Max và khoảng cách cực đại d Max mà electron chuyển động trong điện trường cản có cường độ E được tính theo công thức: 2 ax 0 ax ax 1 2 M M M e V mv e Ed= = Lưu ý: Hiện tượng quang điện xảy ra khi được chiếu đồng thời nhiều bức xạ thì khi tính các đại lượng: Vận tốc ban đầu cực đại v 0Max , hiệu điện thế hãm U h , điện thế cực đại V Max , … đều được tính ứng với bức xạ có λ Min (hoặc f Max ) Dạng 10: Bán kính quỹ đạo của electron khi chuyển động với vận tốc v trong từ trường đều B dưới tác dụng của lực Lorentz: . . .sinF e B v α = *Trường hợp tổng quát: (Xét electron vừa rời khỏi catốt thì v = v 0 ): ¶ , = ( ,B) sin mv R v e B a a = r ur * Khi sin 1v B a^ Þ = r ur .Khi đó electron chuyển động tròn đều, lực Lorentz đống vai trò là lực hướng tâm.Khi đó: 0 2 2 0 0 0 0 . . . . . . . mv R e B mv mv e v B m R B R eR e B R v m ω  =    = = ⇒ =    =   * Khi v r xiên góc α so với B ur .Khi đó electron chuyển động theo đường xoắn ốc với : +bán kính n mv R e B = Với n v B⊥ uur ur 5 + bước xoắn 2. . . . t m v h e B π = Với t v B ur ur P Chú ý:Các electron quang điện bật ra khỏi bề mặt kim loại dưới tác động của các phôtôn có vận tốc đầu 0 v uur theo mọi phương. Dạng 11: Tia Rơnghen (tia X) *Khi electron đập vào đối âm cực thì phần lớn năng lượng của nó biến thành nhiệt làm nóng đối âm cực,phần còn lại tạo ra năng lượng của tia X.Để tìm nhiệt lượng tỏa ra tại đối âm cực thì ta áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ,ta có: 2 1 . . . 2 d h c W h f Q m v Q λ = + ⇔ = + với f là tần số tia X. Nếu electron đập vào đối âm cực nhưng không tham gia vào làm nóng đối âm cực nghĩa là toàn bộ động năng của nó biến thành năng lượng tia X. Khi đó tia X này có axm f hay min λ thỏa: 2 ax min min 1 . . . 2 m h c m v h f λ λ = = ⇒ = *Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen: minX λ λ ≥ với đ min hc W l = Trong đó 2 2 0 đ 2 2 AK mv mv W e U= = + là động năng của electron khi đập vào đối catốt (đối âm cực) U AK là hiệu điện thế giữa anốt và catốt v là vận tốc electron khi đập vào đối catốt v 0 là vận tốc của electron khi rời catốt (thường v 0 = 0) Dạng 12: Ứng dụng hiện tượng quang điện,tìm các hằng số vật lí: *Xác đinh hằng số Planck khi biết U 1 , U 2 , λ 1, λ 2 )() 11 ( 21 21 2 2 1 1 UUehc eUA hc eUA hc −=−⇒        += += λλ λ λ 2 1 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 hc( ) e(U U ) e(U U ) h ( )c λ −λ λ λ − ⇒ = − ⇒ = λ λ λ −λ *Xác đinh khối lượng electron khi biết λ 1 ,λ 2 , v 1 , v 2 )( 2 1 )( )( 2 1 2 1 2 1 2 2 2 1 21 12 2 2 2 1 21 2 2 02 2 1 01 vvm hc vvm hchc mv hchc mv hchc −= − ⇒−=−⇒        += += λλ λλ λλ λλ λλ 21 2 2 2 1 12 )( )(2 λλ λλ vv hc m − − =⇒ Caùc haèng soá : -e = 1,6.10 -19 C 1eV = 1,6 .10 -19 J h = 6,625.10 -34 J.s - c = 3.10 8 m/s m = 9,1.10 -31 kg 1MeV = 1,6.10 -13 J Dạng 12: Mẫu nguyên tử Bohr- Quang phổ vạch của hiđrô a)Hai giả thuyết (tiên đề) Bohr: 6 * Tiên đề 1: (về các trạng thái dừng): Nguyên tử chỉ tồn tại trong những trạng thái có năng lượng hoàn toàn xác định gọi là trạng thái dừng. Trong các trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ. * Tiên đề II: (về bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử). + Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng E m sang trạng thái dừng có năng lượng E n (với E m > E n ) thì nguyên tử phát ra 1 phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu: E m – E n . (f mn : tần số ánh sáng ứng với phôtôn đó). + Nếu nguyên đang ở trạng thái dừng có năng lượng E n thấp mà hấp thụ 1 phôtôn có năng lượng h.f mn đúng bằng hiệu: E m – E n thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng E m cao hån. ε mn m n hf E E = = − b) * Hệ quả: - Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân theo những quĩ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quĩ đạo dừng, tỷ lệ với bình phương các số nguyên liên tiếp Bán kính: r o , 4r o ; 9r o ; 16r o ; 25r o ; 36r o Tên quỹ đạo: K, L; M; N; O; P với r o = 5,3.10 -11 m: bán kính Bohr. c)* Quang phổ vạch của hiđrô: Gồm nhiều vạch xác định, tách rời nhau (xem hình vẽ). Ở trạng thái bình thường (trạng thái cơ bản) nguyên tử H có năng lượng thấp nhất, electron chuyển động trên quĩ đạo K. Khi được kích thích, các electron chuyển lên các quĩ đạo cao hơn (L, M, N, O, P ). Nguyên tử chỉ tồn tại một thời gian rất bé (10 -8 s) ở trạng thái kích thích sau đó chuyển về mức thấp hơn và phát ra phôtôn tương ứng. - Khi chuyển về mức K tạo nên quang phổ vạch của dãy balmer. - Khi chuyển về mức M: tạo nên quang phổ vạch của dãy Paschen. * Sơ đồ mức năng lượng - Dãy Laiman: Nằm trong vùng tử ngoại.Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo K Lưu ý: Vạch dài nhất λ LK khi e chuyển từ L → K Vạch ngắn nhất λ ∞ K khi e chuyển từ ∞ → K. - Dãy Banme: Một phần nằm trong vùng tử ngoại, một phần nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo L 7 Vựng ỏnh sỏng nhỡn thy cú 4 vch: Vch H ng vi e: M L Vch lam H ng vi e: N L Vch chm H ng vi e: O L Vch tớm H ng vi e: P L Lu ý: Vch di nht ML (Vch H ) Vch ngn nht L khi e chuyn t L. - Dóy Pasen: Nm trong vựng hng ngoi.ng vi e chuyn t qu o bờn ngoi v qu o M Lu ý: Vch di nht NM khi e chuyn t N M. Vch ngn nht M khi e chuyn t M. * Mi liờn h gia cỏc bc súng v tn s ca cỏc vch quang ph ca nguyờn t hirụ: 13 12 23 1 1 1 = + v f 13 = f 12 +f 23 (nh cng vộct); ) 11 ( 1 2 2 2 1 nn R = Vi R = 1,097.10 -7 m -1 :hng s Ritbet * Bỏn kớnh qu o dng th n ca electron trong nguyờn t hirụ: r n = n 2 r 0 Vi r 0 =5,3.10 -11 m l bỏn kớnh Bo ( qu o K) * Nng lng electron trong nguyờn t hirụ: 2 13,6 ( ) n E eV n =- Vi n N * :lng t s. A- Bài tập chơng lợng tử ánh sáng Cho h = 6,625.10 34 J.s ; c = 3.10 8 m/s ; e= 1,6.10 19 C; m = 9,1.10 31 kg. Bài 1. Tính năng lợng phôtôn ( ra đơn vị J và eV)ứng với ánh sáng có bớc sóng 1 = 0,768 m; 2 = 0,589 m; 3 = 0,444 m Bài 2. Tính bớc sóng và tần số của ánh sáng có năng lợng phôtôn là 2,8.10 -19 J. Bài 3. Một ngọn đèn phát ánh sáng đơn sắc có bớc sóng 600 nm sẽ phát ra bao nhiêu phôton trong một giây nếu công suất phát xạ của đèn là 10 W? Bài 4. Độ nhạy của võng mạc của con mắt đối với ánh sáng vàng ( = 0,6 m) là 1,7.10 -18 W. Phải có bao nhiêu phôtôn ánh sáng vàng đập vào võng mạc trong 1s mới có thể gây đợc cảm giác sáng? (ĐS: 6) Bài 5. Chiếu bức xạ có bớc sóng 0,405 m vào bề mặt catôt của tế bào quang điện ta đợc một dòng quang điện bão hoà có cờng độ i. Có thể làm triệt tiêu dòng điện này bằng hiệu điện thế hãm U h = 1,26 V. a. Tìm vận tốc cực đại của e quang điện (66.10 6 m/s) b. Tìm công thoát của e đối với kim loại làm catốt? (1,8 eV) c. Giả sử mỗi photon đập vào catôt bứt ra một e, ta đo đợc i =49 mA. Tính số photon đập vào catôt mỗi giây và suy ra công suất của nguồn bức xạ ( coi toàn bộ công suất dùng để chiếu sáng catôt)(3,06.10 17 phôton/s, 0,15 W) Bài 6. Xác định tần số ánh sáng cần thiết để bứt đợc e ra khỏi kim loại nào đó, biết rằng tần số giới hạn với kim loại đó là f 0 = 6.10 14 Hz và sau khi thoát ra các e này bị hãm lại hoàn toàn bởi hiệu điện thế 3 V (13,2.10 14 Hz) Bài 7. Trong chân không ánh sáng vàng có bớc sóng 6000A 0 . Chiết suất của thuỷ tinh với ánh sáng này là 1,571 a. Tính tần số và bớc sóng của ánh sáng vàng trong thuỷ tinh b. Nếu dùng ánh sáng vàng nói trên để chiếu vào một bản kim loại có công thoát A = 0,8 eV thì hiệu điện thế hãm dòng quang điện là bao nhiêu?( 1,27 V) c. Tính giới hạn quang điện trong chân không của kim loại trên (1,553.10 -6 m) Bài 8. Chiếu một ánh sáng có bớc sóng =0,489 m lên Kali dùng làm catôt của một tế bào quang điện a. Biết U h = 0,39 V. Tính công thoát và giới hạn quang điện của K ( 578 nm) b. Biết cờng độ dòng điện bão hoà i = 5 mA và công suất của ánh sáng chiếu tới là P = 1,250 W. Tính hiệu suất lợng tử của hiệu ứng quang điện trên? (1%) Bài 9. Tính; a. Hiệu điện thế tối thiểu để một ống tia X sản xuất đợc tia X có bớc sóng 0,05 nm? (24,8 kV) b. Bớc sóng ngắn nhất của tia X sản xuất đợc khi hiệu điện thế là 2.10 6 V? ( 0,62 pm) Bài 10. Catôt của một tế bào quang điện đợc phủ một lớp Xêdi có công thoát e là 1,90 eV. Catôt đợc chiếu sáng bằng bức xạ đơn sắc có = 0,56 m. Tách ra một chùm hẹp các e quang điện và hớng chúng vào một từ trờng đều có maxo vB của e. Xác định bán kính cực đại của quỹ đạo e trong từ trờng. Cho B = 6,1.10 -5 T. Muốn tăng bán kính quỹ đạo của e thì ta có thể dùng những cách nào? ( 3,06 cm) Bài 11. Chiếu lần lợt các bức xạ f 1 = 2,2.10 15 Hz và f 2 = 2,538.10 15 Hz vào catot của tế bào quang điện thì các quang e bắn ra đều bị giữ lại bởi hiệu điện thế hãm tơng ứng U 1 = 6,6 V và U 2 = 8 V. 8 a. TÝnh h»ng sè Pl¨ng vµ giíi h¹n quang ®iƯn cđa kim lo¹i (0,495 μm) b. ChiÕu ®ång thêi 2 bøc x¹ λ 1 = 0,400 μm vµ λ 2 = 0,560 μm vµo kim lo¹i trªn th× hiƯn tỵng quang ®iƯn cã x¶y ra kh«ng? TÝnh hiƯu ®iƯn thÕ h·m cđa chóng? ( 0,593 V) Bµi 12. Trong mét èng tia X, cêng ®é dßng ®iƯn qua èng lµ 0,8 mA vµ hiƯu ®iƯn thÕ gi÷a anot vµ K cđa èng lµ 1,2 kV. a. T×m sè e ®Ëp vµo ®èi cat«t mçi gi©y vµ vËn tèc cđa e khi ®Õn ®èi catot b. T×m bíc sãng nhá nhÊt cđa tia X mµ èng cã thĨ ph¸t ra? c. §èi catot lµ mét b¶n b¹ch kim cã diƯn tÝch 1 cm 2 vµ dµy 2 mm. Gi¶ sư toµn bé ®éng n¨ng ®Ëp vµo ®èi catot dïng ®Ĩ ®èt nãng b¶n platin ®ã. Hái sau bao l©u nhiƯt ®é cđa b¶n t¨ng thªm ®ỵc 1000 0 C. Cho khèi lỵng riªng cđa Platin lµ D = 21.10 3 kg/m 3 , nhiƯt dung riªng c = 0,12 kJ/kgK. ( 525 s) Bµi 13. Mét ®iƯn cùc ph¼ng b»ng nh«m ®ỵc räi b»ng bøc x¹ tư ngo¹i cã bíc sãng λ = 83 nm a. e quang ®iƯn cã thĨ rêi xa bỊ mỈt ®iƯn cùc mét ®o¹n tèi ®a b»ng bao nhiªu nÕu ®iƯn trêng ®Ịu c¶n l¹i chun ®éng cđa e cã ®é lín E = 7,5 V/cm? Cho giíi h¹n quang ®iƯn cđa nh«m lµ 332 nm. (1,5 cm) b. NÕu kh«ng cã ®iƯn trêng h·m vµ ®iƯn cùc ®ỵc nèi ®Êt qua ®iƯn trë R = 1 MΩ th× dßng ®iƯn cùc ®¹i qua ®iƯn trë (®¹t ®ỵc khi cêng ®é chïm s¸ng ®đ m¹nh) lµ bao nhiªu? (11μA) Bµi 14. ChiÕu lÇn lỵt c¸c bøc x¹ cã tÇn sè f, 2f, 3f vµo catot cđa tÕ bµo quang ®iƯn th× vËn tèc ban ®Çu cùc ®¹i cđa c¸c e quang ®iƯn lÇn lỵt lµ v, 2v, kv. X¸c ®Þnh gi¸ trÞ cđa k? ( 7 ) Bµi 15. Chiếu lần lượt hai bức xạ có bước sóng λ 1 = 0.25µm và λ 2 = 0,30µm vào kim loại thì vận tốc ban đầu cực đại của e quang điện lần lượt là v 01 = 7,35.10 5 m/s và v 02 = 5.10 5 m/s. a/ Tìm khối lượng của electron. b/ Xác đònh giới hạn quang điện của kim loại đó. c/ Chiếu bức xạ có bước sóng λ' vào tấm kim loại nói trên được cô lập về điện thì hiệu điện thế cực đại của tấm kim loại là 3V. Tìm λ'. Bµi 16. Kim loại làm catôt của tế bào quang điện có công thoát A = 2,27 eV. a/ Tính giới hạn quang điện.( λ 0 = 0,547 µ m) b/ Khi chiếu vào catôt hai bức xạ điện từ có bước sóng λ 1 = 0,489 µm và λ 2 =0,669 µm thì bức xạ nào gây ra hiện tượng quang điện ? Tính vận tốc ban đầu cực đại của e quang điện. (v 0max =0,308.10 6 m/s) Bµi 17. Kim loại làm catôt của tế bào quang điện có giới hạn quang điện là λ 0 . a/Lần lượt chiếu vào tế bào quang điện bức xạ có bước sóng 0,35µm và 0,54µm thì vận tốc ban đầu cực đại của e bắn ra khác nhau 2 lần. Tìm λ 0 . b/Chiếu ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 0,39µm đến 0,76µm thì hiệu điện thế hãm là bao nhiêu để cường độ dòng quang điện bằng không. Bµi 18. Chiếu lần lượt hai bức xạ có bước sóng 0,25µm và 0,30µm vào kim loại thì vận tốc ban đầu cực đại của e quang điện lần lượt là 7,31.10 5 m/s và 4,93.10 5 m/s. Tìm khối lượng của electron và giới hạn quang điện của kim loại đó. (0,36 µ m) Bµi 19. Catôt của một tế bào quang điện làm bằng Xêđi là kim loại có công thoát êlectrôn A = 2eV, được chiếu bởi bức xạ có bước sóng 0,3975µm. a/ Tính động năng ban đầu cực đại của e quang điện và hiệu điện thế hãm U AK đủ hãm dòng quang điện. (1,8.10 − 19 J ; − 1,125 V) b/ Cho cường độ dòng điện bão hòa I 0 = 2µA và hiệu suất quang điện H = 0,5%. Tính số phôtôn tới catôt trong mỗi giây (2,5.10 15 phôtôn/s) Bµi 20. Khi chiếu bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,4µm vào tế bào quang điện thì hiệu điện thế hãm là U AK = −1V. a/ Tìm công thoát của êlectrôn bứt khỏi catôt.( 1,6 eV) b/ Tìm cường độ dòng điện bão hòa, biết hiệu suất quang điện H = 20% và công suất của chùm bức xạ chiếu tới catôt là 2W. ( 0,13 A) Bµi 21. Dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ 1 = 0,4µm chiếu vào catôt của một tế bào quang điện. Khi đặt vào anôt và catôt của tế bào quang điện này một hiệu điện thế hãm U h1 = −2V thì dòng quang điện triệt tiêu. Hỏi nếu dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ 2 = 0,2µm thì hiệu điện thế hãm U h2 có giá trò bằng bao nhiêu ? Tính tỉ số vận tốc ban đầu cực đại của êlectrôn quang điện trên hai trường hợp trên. Bµi 22. Khi chiếu bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,1854µm vào tế bào quang điện thì hiệu điện thế hãm là U AK = − 2V. a/ Xác đònh giới hạn quang điện của kim loại làm catôt.( 0,2643 µ m) b/ Nếu chiếu vào catôt của tế bào quang điện đó bức xạ có bước sóng λ' = 2 λ và vẫn duy trì hiệu điện thế U AK = −2V thì động năng cực đại của các quang e khi bay đến anôt là bao nhiêu? (1,072.10 − 18 J) Bµi 23. Catôt của tế bào quang điện bằng kim lọai có công thoát của e là 2,07eV. Chiếu ánh sáng trắng có λ từ 0,38 µm đến 0,76µm vào catôt. a/ Chùm ánh sáng trên có gây ra hiện tượng quang điện không? b/ Tìm vận tốc cực đại của e và vận tốc của e đến anôt khi U AK = 1V và khi U AK = − 1V. Đáp số : a. λ = 0,6µm nên có hiện tượng quang điện. b. v 0max = 0,58.10 6 m/s. Khi U AK = 1V : v = 0,83.10 6 m/s Khi U AK = − 1V các e không đến được anôt. Bµi 24. Rọi bức xạ λ = 0,4µm vào catôt tế bào quang điện, e thóat ra có v 0max = 4,67.10 5 m/s và khi tới catôt có vận tốc 9 v = 1,93.10 6 m/s. Tìm giới hạn quang điện và hiệu điện thế giữa Avà K. Bµi 25. Chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0,4µm vào tấm kim loại có công thóat e là A = 2eV. a/ Chứng tỏ rằng có hiện tượng quang điện xảy ra. Tính động năng ban đầu cực đại của e quangđiện. b/Để triệt tiêu dòng quang điện cần đặt hiệu điện thế U AK giữa anôt và catôt bằng bao nhiêu? c/ Đặt giữa anôt và catôt hiệu điện thế U AK = 5V. Tính động năng ban đầu cực đại của e quang điện khi tới anôt. Bµi 26. Để đo khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng người ta dùng một laze phát ra những xung ánh sáng có bước sóng 0,52 µm, chiếu về phía Mặt Trăng và đo khoảng thời gian giữa thời điểm xung được phát ra và thời điểm một máy thu đặt ở Trái Đất nhận được xung phản xạ.Thời gian kéo dài của một xung là ז = 100 ns. Khoảng thời gian giữa thời điểm phát và nhận xung là 2,667s. Năng lượng của mỗi xung ánh sáng là W o = 10 kJ a) Tính khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng lúc đo. ( 400000 km) b) Tính cơng suất của chùm laze (100000 MW) c) Tính số phơtơn chứa trong mỗi xung ánh sáng. 2,62.10 22 ) d) Tính độ dài của mỗi xung ánh sáng. (30 m) Quang phỉ Hi®r« Bµi 1: Bíc sãng cđa v¹ch thø nhÊt trong d·y Laiman cđa quang phỉ hi®r« lµ 1 0,122 L m λ µ = , cđa v¹ch ®á trong d·y Banme lµ 0,656 B m α λ µ = . H·y tÝnh bíc sãng cđa v¹ch thø hai trong d·y Laiman §/S: 2 0,103 L m λ µ = Bµi 2: BiÕt bíc sãng cđa bèn v¹ch trong d·y banme lµ 0,6563 ; 0,4861 ;m m α β λ µ λ µ = = 0,4340 ; 0,4102m m γ δ λ µ λ µ = = . H·y tÝnh bíc sãng cđa ba v¹ch trong d·y Pasen ë vïng hång ngo¹i. §/S: 1,094µm; 1,281µm; 1,874µm Bµi 3: Trong quang phỉ hi®r« c¸c bíc sãng tÝnh theo (µm): V¹ch thø nhÊt cđa d·y Laiman 21 0,121568 λ = ; V¹ch ®á cđa d·y Banme 32 0,656279 λ = ; ba v¹ch cđa d·y Pasen lÇn lỵt lµ 43 53 63 1,8751; 1, 2818; 1,0938 λ λ λ = = = . 1. TÝnh tÇn sè dao ®éng cđa c¸c bøc x¹ trªn. 2. TÝnh bíc sãng cđa hai v¹ch thø hai vµ thø ba cđa d·y Laiman vµ c¸c v¹ch lam, chµm, tÝm cđa d·y Banme. Cho vËn tèc ¸nh s¸ng trong ch©n kh«ng c = 3.10 8 m/s. Bµi 4: V¹ch quang phỉ ®Çu tiªn (cã bíc sãng dµi nhÊt) cđa d·y Laiman, banme, Pasen trong quang phỉ hi®r« lÇn lỵt cã bíc sãng 0,122µm; 0,656 µm; 1,875 µm. T×m bíc sãng cđa v¹ch quang phỉ thø hai trong d·y Laiman vµ d·y Banme. c¸c v¹ch ®ã thc miỊn nµo cđa thang sãng ®iƯn tõ? §/S: 0,1029 µm (thc miỊn tư ngo¹i); 0,4859 µm (thc miỊn ¸nh s¸ng nh×n thÊy – mµu chµm) Bµi 5: Bíc sãng cđa v¹ch quang phỉ thø nhÊt trong dÉy Laiman trªn quang phỉ hi®r« lµ 1 λ = 0,122 µm; bíc sãng cđa hai v¹ch ,H H α β lÇn lỵt lµ 0,656 ; 0,486m m α β λ µ λ µ = = . H·y tÝnh bíc sãng hai v¹ch tiÕp theo trong d·y Laiman vµ v¹ch ®Çu tiªn trong d·y Pasen.§/S: 1 2 3 0,1029 ; 0,097 ; 1,875 L m m m λ µ λ µ λ µ = = = T×m b¸n kÝnh q ®¹o - §é lƯch cđa ªlectron Bµi 1: Dïng mét mµn ch¾n t¸ch mét chïm s¸ng hĐp ªlectron quang ®iƯn vµ híng nã vµo trong mét tõ trêng ®Ịu vu«ng gãc víi vÐc t¬ vËn tèc cùc ®¹i cã ®é lín v max = 3,32.10 5 m/s vµ cã ®é lín B = 6,1.10 -5 T. X¸c ®Þnh b¸n kÝnh cùc ®¹i cđa quang ªlectron. §/S: r max = 3,06 cm Bµi 2- Khi räi vµo catè ph¼ng cđa mét tÕ bµo quang ®iƯn, mét bøc x¹ ®iƯn tõ cã bíc sãng 330 nm th× cã thĨ lµm dßng quang ®iƯn bÞ triƯt tiªu b»ng c¸ch nèi anèt vµ catèt cđa tÕ bµo quang ®iƯn ®ã víi hiƯu ®iƯn thÕ 0,3125 AK U V≤ . a. X¸c ®Þnh giíi h¹n quang ®iƯn cđa catèt. b. Anèt cđa tÕ bµo quang ®iƯn ®ã còng cã d¹ng ph¼ng song song víi catèt, ®Ỉt ®èi diƯn vµ c¸ch catèt mét kho¶ng d = 1cm. Hái khi räi chïm bøc x¹ rÊt hĐp vµo t©m catèt vµ ®Ỉt mét hiƯu ®iƯn thÕ U AK = 4,45V, th× b¸n kÝnh lín nhÊt cđa vïng trªn bỊ mỈt anèt mµ c¸c ªlectron tíi ®Ëp vµo b»ng bao nhiªu? §/S: a. 360 nm; b. r max = 5,22 mm Bµi 3- Mét ®iƯn cùc ph¼ng b»ng nh«m ®ỵc räi b»ng ¸nh s¸ng tư ngo¹i cã bíc sãng 83 nm. 1. Hái ªlectron quang ®iƯn cã thÕ rêi xa bỊ mỈt ®iƯn cùc mét kho¶ng b»ng bao nhiªu nÕu bªn ngoµi ®iƯn cùc cã mét ®iƯn trêng c¶n E = 7,5 V/cm? Cho biÕt giíi h¹n quang ®iƯn cđa nh«m lµ 332 nm. 2. Trong trêng hỵp kh«ng cã ®iƯn trêng h·m vµ ®iƯn cùc ®ỵc nèi ®Êt qua mét ®iƯn trë 1R M= Ω th× dßng quang ®iƯn cùc ®¹i qua ®iƯn trë lµ bao nhiªu?§/S: 1. s = 1,5 cm; 2. I 0 = 11,21 A µ Bµi 4-(HVCNBCVT_1999): ChiÕu mét bøc x¹ cã bíc sãng 560 nm vµo catèt cđa mét tÕ bµo quang ®iƯn. a. BiÕt cêng ®é dßng quang ®iƯn b·o hoµ lµ 2 mA. TÝnh xem trong mçi gi©y cã bao nhiªu quang ªlectron ®ỵc gi¶i phãng khái catèt. b. Dïng mµn ch¾n t¸ch mét chïm hĐp quang ªlectron, híng vµo trong mét tõ trêng ®Ịu cã B = 7,64.10 -5 T, sao cho 0max B v⊥ ur r . Ta thÊy q ®¹o cđa ªlectron trong tõ trêng lµ nh÷ng ®êng trßn cã b¸n kÝnh lín nhÊt lµ r max = 2,5 cm. a, X¸c ®Þnh v©n tèc ban ®Çu cùc ®¹i cđa quang ªlectron. b, TÝnh giíi h¹n quang ®iƯn cđa kim lo¹i dïng lµm catèt. B – CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN VII. 1. Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là … A. bước sóng của ánh sáng kích thích. B. bước sóng riêng của kim loại đó. C. bước sóng giới hạn của ánh sáng kích thích đối với kim loại đó; D. cơng thốt của electron ở bề mặt kim loại đó. 10 [...]... thuộc vào bản chất kim loại dùng làm catốt 360- Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về thuyết lợng tử ánh sáng ? A- Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà theo từng phần riêng biệt, đứt quãng B- Chùm ánh sáng là dòng hạt, mỗi hạt gọi là một phôtôn C- Năng lợng của các phôtôn ánh sáng là nh nhau, không phụ thuộc vào bớc sóng của ánh sáng D- Khi ánh sáng. .. quả đúng A- Vùng hồng ngoại B- Vùng ánh sáng nhìn thấy C- Vùng tử ngoại D- Một phần nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy, một phần nằm trong vùng tử ngoại 384- Các vạch trong dãy Pasen thuộc vùng nào trong các vùng sau ? Chọn kết quả đúng A- Vùng hồng ngoại B- Vùng ánh sáng nhìn thấy C- Vùng tử ngoại D- Một phần nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy, một phần nằm trong vùng tử ngoại 385- Điều nào sau đây là... các vạch H và H đúng theo thứ tự A- 0,6563 àm và 0,4861 àm B- 0,6563 àm và 0,4340 àm C- 0,4861 àm và 0,4340 àm D- 0,6563 àm và 0,4102 àm 382- Các vạch trong dãy Laiman thuộc vùng nào trong các vùng sau ? Chọn kết quả đúng A- Vùng hồng ngoại.` B- Vùng ánh sáng nhìn thấy C- Vùng tử ngoại D- Một phần nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy, một phần nằm trong vùng tử ngoại 383- Các vạch trong dãy Banme thuộc... chùm tia tử ngoại vào bình đựng dung dịch fluôrexêin trong rợu, hiện tợng huỳnh quang chắc chắn sẽ xảy ra B- Năng lợng phôtôn ánh sáng huỳnh quang bao giờ cũng nhỏ hơn năng lợng phôtôn ánh sáng kích thích C- Trong hiện tợng huỳnh quang ánh sáng huỳnh quang sẽ tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích D- A, B và C đều đúng 376- Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về sự lân quang ? A- Sự phát sáng của... xảy ra khi bớc sóng của ánh sáng kích thích nhỏ hơn giới hạn quang điện 0 369- Điều khẳng định nào sau đây là sai khi nói về bản chất của ánh sáng ? A- ánh sáng có lỡng tính sóng - hạt B- Khi bớc sóng của ánh sáng càng ngắn thì tính chất hạt thể hiện càng rõ nét, tính chất sóng càng ít thể hiện C- Khi tính chất hạt thể hiện rõ nét, ta dễ quan sát hiện tợng giao thoa của ánh sáng D- A hoặc B hoặc C... song song với catốt, đặt đối diện và cách catốt một khoảng d = 1cm Hỏi khi rọi chùm bức xạ rất hẹp vào tâm catốt và đặt một hiệu điện thế U AK = 4,45V, thì bán kính lớn nhất của vùng trên bề mặt anốt mà các êlectron tới đập vào bằng bao nhiêu? Đ/S: a 360 nm; b rmax = 5,22 mm Bài 3-(4.14/Tuyển tập các bài toán vật lí): Một điện cực phẳng bằng nhôm đợc rọi bằng ánh sáng tử ngoại có bớc sóng 83 nm 1 Hỏi... bị kích thích bằng ánh sáng thích hợp gọi là sự lân quang B- Nguyên nhân chính của sự phát sáng lân quang là do các tinh thể bị nóng lên quá mức C- ánh sáng lân quang có thể tồn tại rất lâu sau khi tắt ánh sáng kích thích D- A, hoặc B hoặc C sai 377- Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về các phản ứng quang hoá ? A- Phản ứng quang hoá là các phản ứng xảy ra dới tác dụng của ánh sáng B- Trong hiện... điện và hớng nó vào trong một từ trờng đều vuông góc với véc tơ vận tốc cực đại có độ lớn v max = 3,32.105m/s và có độ lớn B = 6,1.10-5T Xác định bán kính cực đại của quang êlectron Đ/S: rmax = 3,06 cm Bài 2- (4.12/Tuyển tập các bài toán Vật lí): Khi rọi vào catố phẳng của một tế bào quang điện, một bức xạ điện từ có bớc sóng 330 nm thì có thể làm dòng quang điện bị triệt tiêu bằng cách nối anốt và catốt... kim loại do bất kỳ nguyên nhân nào khác 354- Với điều kiện nào của ánh sáng kích thích thì hiện tợng quang điện xảy ra với một tấm kim loại xác định ? Chọn câu trả lời Đúng A- Bớc sóng của ánh sáng kích thích phải không lớn hơn giới hạn quang điện của kim loại đó B- Bớc sóng của ánh sáng kích thích có giá trị tuỳ ý C- Bớc sóng của ánh sáng kích thích phải không nhỏ hơn giới hạn quang điện của kim loại... catốt trong đơn vị thời gian tỉ lệ thuận với số phôtôn đến đập vào mặt catốt trong thời gian đó 367- (I) ánh sáng có lỡng tính sóng - hạt Vì (II) ánh sáng có thể sử dụng trong các hiện tợng giao thoa vừa có thể sử dụng trong hiện tợng quang điện 368- (I) Hiện tợng quang điện có thể xảy ra với bất kỳ kim loại nào, miễn là b ớc sóng của ánh sáng kích thích lớn hơn giới hạn quang điện của kim loại đó Vì . Hz) Bài 7. Trong chân không ánh sáng vàng có bớc sóng 6000A 0 . Chiết suất của thuỷ tinh với ánh sáng này là 1,571 a. Tính tần số và bớc sóng của ánh sáng vàng trong thuỷ tinh b. Nếu dùng ánh sáng. CHƯƠNG VII: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1. Năng lượng một lượng tử ánh sáng (hạt phôtôn) 2 hc hf mce l = = = Trong đó h = 6,625.10 -34 Js là hằng số Plăng. c = 3.10 8 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.;. thuyết lượng tử anh sáng. A. Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục, mà thành từng phần riêng biệt, đứt quãng. B. Mỗi phần đó mang một năng lượng