Bài tập hiện tượng quang điện ( phần 2)
A, Một số công thức cần nhớ
- Gọi N, n và n’ lần lượt là số photon chiếu vào K trong 1s, số electron bứt ra khỏi K trong 1s và số electron đến A trong 1s.
Trong đó, H gọi là hiệu suất lượng tử, h là phần tram electron đến được A
- Khi các photon có bước sóng thích hợp, chiếu vào điện cực làm bứt các electron ra điện cực và điện cực tích điện dương, do đó các điện cực hút các electron quang điện. Càng mất nhiều electron, điện tích thì hiệu điện thế của điện cực càng tang, lực cản trở lên chuyển động của các electron càng lớn.
- Khi điện thế của điện cực đạt giá trị cực đại Vmax thì trong cùng một đơn vị thời gian có bao nhiêu electron bứt ra khỏi bề mặt do photon cung cấp năng lượng thì có bấy nhiêu electron bị điện cực tích điện dương hút về và điện thế của điện cực không tăng nữa. Lúc này, động năng ban đầu cực đại của electron quang điện bằng thế năng của điện trường, tức là:
- Điện lượng cực đại của vật: Qmax = CVmax
- Khi nối vật với đất bằng dây dẫn có điện trở R thì dòng điện cực đại chạy qua: Imax = Vmax/R
- Điện lượng cực đại chạy qua điện trở sau thời gian t: qmax = Imaxt
- Sau khi bứt ra khỏi bề mặt điện cực, electron có 1 động năng ban đầu cực đại W0d, nhờ có động năng này mà electron tiếp tục chuyển động. Khi đi trong điện trường cản thì electron mất dần động năng và electron chỉ dừng lại khi mất hết động năng ( sau khi đi được quãng đường S ).
- Động năng ban đầu cực đại của electron (ε-A) = công của điện trường cản.
B, Bài tập
Bài 1: Hai tấm kim loại phẳng A và B đặt song song đối diện nhau và được nối kin bằng 1 ampe kế. Chiếu chùm bức xạ có công suất là 3 mW mà mỗi photon có năng lượng 9,9.10-19 J vào tấm kim loại A, làm bứt các electron. Cứ 10000 photon chiếu vào catot thì có 94 electron bị bứt ra và chỉ có một số đến được bản B. Nếu số chỉ của ampe kế là 3.375 μA thì có bao nhiêu phần tram electron không đến được bản B.
|
Hướng dẫn
Ta có:
Phần trăm không đến được B là: 100% - 74% = 26%
Chọn đáp án C
Bài 2: Chiếu chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,2 μm thích hợp vào catot của tế bào quang điện với công suất là 3 mW. Cứ 10000 photon chiếu vào catot thì có 94 electron bị bứt ra. Biết điện tích electron, tốc độ ánh sáng trong chân không và hằng số plang lần lượt là: -1,6.10-19 C; 3.108 m/s; 6,625.10-34 Js. Nếu cường độ dòng quang điện là 2,25 μA thì có bao nhiêu phần trăm electron đến được anot:
|
Hướng dẫn
Ta có
Chọn đáp án D
Bài 3: Một tế bào quang điện, khi chiếu bức xạ thích hợp và điện áp giữa anot và catot có một giá trị nhất ddingj thì chỉ có 30% quang electron bứt ra khỏi catot đến được anot. Người ta đo cường độ dòng điện chạy qua tế bào lúc đó là 3 mA. Cường độ dòng quang điện bão hòa là:
|
Hướng dẫn
Ta có:
Chọn đáp án A
Bài 4: Hai tấm kim loại phẳng A và B đặt song song đối diện nhau và được nối kín bằng một ampe kế. Chiếu chùm bức xạ vào tấm kim loại A, làm bứt các electron và chỉ có 25% bay về tấm B. Nếu số chỉ của ampe kế là 1,4 μA thì electron bứt ra khỏi tấm A trong 1s là:
|
Hướng dẫn
Ta có;
Chọn đáp án C
Bài 5: Khi chiếu bức xạ có bước sóng 0,41 μm vào catot của một tế bào quang điện, với công suất 3,03 W thì cường độ dòng quang điện bão hòa là 2 mA. Hãy xác định hiệu suất lượng tử của tế bào quang điện:
|
Hướng dẫn
Ta có:
Chọn đáp án B
Bài 6: Công thoát electron của natri là A = 3,968.10-19 J. Cho h = 6,625.10-34 Js, c = 3.108 m/s. Chiếu chùm bức xạ có bước sóng λvào tế bào quang điện catot làm bằng Na thì cường độ dòng quang điện bão hòa là 0,3 μA. Biết rằng cứ 200 phton đập vào catot thì có 1 electron quang điện bứt ra khỏi catot. Công suất chùm bức xạ chiếu vào catot là 207 μW. Bước sóng λcó giá trị:
|
Hướng dẫn
Áp dụng công thức ta có:
Chọn đáp án C
Bài 7: Công thoát electron của quả cầu kim loại là 2,36 eV. Chiếu ánh sáng kích thích mà photon có năng lượng 4,78 eV vào quả cầu kim loại trên đặt cô lập thì điện thế cực đại của quả cầu là: A. 2,11 V B. 2,42 V C. 1,1 V D. 11 V |
Hướng dẫn
Ta có:
Chọn đáp án B
Bài 8: Chiếu bức xạ điện từ có bước sóng λ vào tấm kim loại có giới hạn quang điện 0,3624 μm ( được đặt cô lập và trung hòa điện) thì điện thế cực đại của nó là 3V. Biết điện tích electron, tốc độ ánh sáng trong chân không và hằng số plang lần lượt là: -1,6.10-19 C; 3.108 m/s; 6,625.10-34 Js. Tính bước sóng λ:
|
Hướng dẫn
Ta có:
Chọn đáp án D
Bài 9: Chiếu chùm photon có năng lượng 10 eV vào một quả cầu bằng kim loại có công thoát 3 eV cô lập và trung hòa về điện. Sau khi chiếu một thời gian, quả cầu nối đất qua một điện trở 2Ω thì dòng điện cực đại qua điện trở là:
|
Hướng dẫn
Ta có:
Chọn đáp án D
Bài 10: Chiếu đồng thời ba bức xạ có bước sóng lần lượt 0,2 μm, 0,18 μm, 0,25 μm vào một quả cầu kim loại có công thoát electron là 7,23.10-19 J, đặt cô lập và trung hòa về điện. Biết điện tích electron, tốc độ ánh sáng trong chân không và hằng số plang lần lượt là: -1,6.10-19 C; 3.108 m/s; 6,625.10-34 Js. Sau khi chiếu một thời gian, điện thế cực đại của quả cầu đạt được là: A.2,38 V B. 4,07 V C. 1,69 V D. 0,69 V |
Hướng dẫn
Khi chiếu đồng thời nhiều bức xạ thì ta chỉ cần tính với photon có năng lượng lớn nhất, bước sóng nhỏ nhất (λ=0,18 μm)
Chọn đáp án A
Bài 11: Khi chiếu bức xạ có tần số f1 vào một quả cầu kim loại đặt cô lập và trung hòa về điện 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 công thoát của kim loại. Chiếu tiếp bức xạ có tần số f2 = f1 + f vào quả cầu này thì điện thế cực đại của nó là 5 V1. Hỏi chiếu riêng bức xạ có tần số f vào quả cầu nói trên đang trung hòa về điện thì điện thế cực đại của quả cầu là:
|
Hướng dẫn
Áp dụng công thức ta có:
Chọn đáp án D
Bài 12: Khi chiếu bức xạ có tần số λ1 vào một quả cầu kim loại đặt cô lập và trung hòa về điện 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 nửa công thoát của kim loại. Chiếu tiếp bức xạ có tần số λ2 = λ1 + λ vào quả cầu này thì điện thế cực đại của nó là 5 V1. Hỏi chiếu riêng bức xạ có tần số λ vào quả cầu nói trên đang trung hòa về điện thì điện thế cực đại của quả cầu là: A.4 V1 B. 2,5 V1 C. 5 V1 D. 3,25 V1 |
Hướng dẫn
Ta có:
Vậy nên:
Chọn đáp án D
Bài 13: Một điện cực làm bằng kim loại có công thoát 3,2.10-19 J được chiếu bởi bức xạ photon có năng lượng 4,8.10-19 J. Cho điện tích electron là -1,6.10-19 C. Hỏi electron quang điện có thể rời xa bề mặt một khoảng tối đa bao nhiêu nếu bên ngoài điện cực có một điện trường cản là 5 V/m.
|
Hướng dẫn
Ta có:
Chọn đáp án B
Bài 14: Một qảu cầu bằng nhôm được chiếu bới bức xạ tử ngoại có bước sóng 83 nm xảy ra hiện tượng quang điện. Biết giới hạn quang điện của nhôm là 332 nm. Biết tốc độ ánh sáng trong chân không và hằng số plang lần lượt là: 3.108 m/s; 6,625.10-34 Js. Hỏi electron quang điện có thể rời xa bề mặt một khoảng tối đa bao nhiêu nếu bên ngoài điện cực có một điện trường cản là 7,5 V/m:
|
Hướng dẫn
Ta có:
Chọn đáp án D
Bài 15: Một quả cầu bằng đồng cô lập về điện được chiếu bởi 1 bức xạ điện từ có bước sóng 0,14 μm. Cho giới hạn quang điện của đồng là 0,3 μm. Tính điện thế cực đại của quả cầu:
|
Hướng dẫn
Ta có:
Chọn đáp án C