Giải Vật Lí 12 nâng cao Chương 7: Lượng tử ánh sáng

---

Giải Vật Lí 12 nâng cao Chương 7: Lượng tử ánh sáng

Haylamdo biên soạn và sưu tầm lời giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Chương 7: Lượng tử ánh sáng hay, chi tiết được biên soạn bám sát nội dung sách giáo khoa Vật Lí lớp 12 nâng cao giúp bạn dễ dàng làm bài tập về nhà môn Vật Lí 12.

• Bài 43: Hiện tượng quang điện ngoài. Các định luật quang điện
• Bài 44: Thuyết lượng tử ánh sáng. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng
• Bài 45: Bài tập về hiện tượng quang điện
• Bài 46: Hiện tượng quang điện trong. Quang điện trở và pin quang điện
• Bài 47: Mẫu nguyên tử Bo và quang phổ vạch của nguyên tử Hiđrô
• Bài 48: Hấp thụ và phản xạ lọc lựa ánh sáng. Màu sắc các vật
• Bài 49: Sự phát quang. Sơ lược về laze

Giải Vật Lí 12 nâng cao Bài 43: Hiện tượng quang điện ngoài. Các định luật quang điện

Bài C1 (trang 222 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Nếu chiếu tia tử ngoại vào một tấm kẽm ban đầu tích điện dương thì hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào?

Lời giải:

Nếu chiếu tia tử ngoại vào một tấm kẽm ban đầu tích điện dương thì:

a) Nếu ban đầu lượng điện tích dương của tấm kẽm nhỏ thì các electron vẫn bị bật ra khỏi tấm kẽm và điện tích dương của tấm kẽm sẽ tăng dần, hai lá điện nghiệm luôn xòe ra mạnh hơn.

b) Khi điện tích dương của tấm kẽm đủ lớn, công của lực điện trường đúng bằng động năng ban đầu cực đại của electron nên electron vừa bật ra thì ngay lập tức bị hút trở vào, quá trình sẽ diễn ra trong trạng thái cân bằng động, hai lá điện nghiệm luôn xòe ra ở khoảng ổn định.

Bài C2 (trang 224 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Dựa vào đặc tuyến vôn - ampe ở hình 43.4, em còn nhận xét gì về sự phụ thuộc của I vào U_AK khi U_AK < U₁.

Lời giải:

Dựa vào đường đặc tuyến vôn - ampe của tế bào quang điện ta nhận thấy khi U_AK < U₁ thì đường biểu diễn của I theo U_AK có dạng đường cong, do đó mối quan hệ của I theo U không tuân theo định luật Ôm.

Bài C3 (trang 224 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Tại sao U_AK < U₁ thì không phải mọi êlectron quang điện đều tới được anôt ?

Lời giải:

Khi bứt ra khỏi kim loại, electron chuyển động theo nhiều hướng khác nhau với vận tốc ban đầu khác nhau từ v = 0 đến v_max, chỉ có các electron mà vận tốc ban đầu cùng phương với vectơ cường độ điện trường E là có chuyển động thẳng hướng đến anốt nên có khả năng đến anôt. Các electron còn lại tham gia chuyển động cong, hoặc vận đầu không đủ tạo động năng thắng được lực hút về của catốt (vì khi này catôt mang điện tích dương) nên không thể tới được anôt

Vì vậy khi U_AK < U₁ thì không phải mọi electron quang điện đều đến được anôt.

Bài C4 (trang 224 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Hãy chứng tỏ rằng, ba định luật quang điện bao hàm được tất cả các kết quả thí nghiệm trên.

Lời giải:

Từ ba định luật quang điện ta đã thấy bao hàm đủ các kết quả thí nghiệm định lượng về hiện tượng quang điện:

* Định luật I: λ ≤ λ₀. Ta thấy rằng trong thí nghiệm, ánh sáng để gây ra hiện tượng quang điện phải có bước sóng nhỏ hơn một giá trị nào đó, cụ thể là ánh sáng tử ngoại thì gây ra hiện tượng quang điện, còn ánh sáng nhìn thấy, hoặc có bước sóng lớn hơn thì không gây ra hiện tượng quang điện với tấm kẽm trong thí nghiệm.

* Định luật II: Công suất nguồn phát bức xạ lớn thì số phôtôn đến catôt càng nhiều và số electron quang điện thu được tại anôt càng lớn, do đó trong thí nghiệm khi thay đèn có công suất lớn hơn ta thấy I_bh tăng.

* Định luật III: W_{đ max} = m.v²_{0 max}/2 = e.|U_h| với U_h phụ thuộc vào bước sóng bức xạ kích thích và bản chất kim loại dùng làm catôt. Nên trong thí nghiệm khi ta thay đổi công suất chùm sáng nhưng vẫn giữ nguyên bước sóng thì ta thấy U_h - không thay đổi.

Câu 1 (trang 225 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Mô tả khái quát sơ đồ thí nghiệm với tế bào quang điện. Vẽ đặc tuyến vôn-ampe của tế bào quang điện.

Lời giải:

Khái quát sơ đồ thí nghiệm với tế bào quang điện

* Cấu tạo:

Tế bào quang điện là một bình cầu bằng thạch anh, trong bình là chân không.

Tế bào quang điện gồm có hai điện cực:

   • Anốt A là một vòng dây kim loại đặt ở tâm bình cầu.

   • Catốt K là một chõm cầu bằng kim loại.

* Hoạt động:

Đặt một hiệu điện thế U_AK vào hai điện cực của tế bào quang điện.

U_AK có thể thay đổi giá trị (âm, dương hoặc bằng 0) tùy theo vị trí của con chạy C. Chiếu ánh sáng đơn sắc vào catốt của tế bào quang điện và điều chỉnh giá trị của U_AK người ta thu được đường biểu diễn sau đây (gọi là đường đặc trưng vôn - ampe của tế bào quang điện).

* Đặc tuyến vôn-ampe của tế bào quang điện.

Câu 2 (trang 225 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Trình bày các kết luận chính rút ra từ kết quả thí nghiệm.

Lời giải:

    Xem mục 2 phần KTCB.

Câu 3 (trang 225 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Phát biểu các định luật quang điện.

Lời giải:

+ Định luật về giới hạn quang điện (Định luật quang điện thứ nhất):

   Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện λ₀ của kim loại đó thì mới gây ra được hiện tượng quang điện.

   Nói ngắn gọn: " Hiện tượng quang điện xảy ra λ ≤ λ₀ .

      - Giới hạn quang điện của các kim loại thông thường (như: bạc, đồng, kẽm, nhôm) ở trong miền tử ngoại.

      - Giới hạn quang điện của các kim loại kiềm, kềm thổ (như: canxi, natri, xêsi, kali) ở trong miền ánh sáng thấy được.

+ Định luật quang điện thứ hai: Đối với mỗi kim loại làm catốt thì cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm ánh sáng kích thích

+ Định luật quang điện thứ ba: Động năng ban đầu cực đại của electrôn quang điện (bằng tích e.|U_h|) không phụ thuộc vào cường độ của chùm ánh sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và vào bản chất của kim loại dùng làm catốt.

Bài 1 (trang 225 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Nếu chiếu một chùm tia hồng ngoại vào tấm kẽm tích điện âm, thì.

    A. Tấm kẽm mất dần điện tích dương.

    B. Tấm kẽm mất dần điện tích âm.

    C. Tấn kẽm trở nên trung hòa điện.

    D. Điện tích âm của tấm kẽm không đổi.

Lời giải:

Chọn D

Tia hồng ngoại có bước sóng lớn hơn 0,75μm, trong khi đó tấm kẽm có giới hạn quang điện thuộc vùng tử ngoại nên tia hồng ngoại không gây ra hiện tượng quang điện với kẽm được → Điện tích âm của tấm kẽm không đổi.

Bài 2 (trang 225 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là

    A. Bước sóng của ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại gây ra hiện tượng quang điện.

    B. Công thoát của các electron ở bề mặt kim loại đó.

    C. Bước sóng giới hạn của ánh sáng kích thích để gây ra hiện tượng quang điện kim loại đó.

    D. Hiệu điện thế hãm.

Lời giải:

    Chọn C

Bài 3 (trang 225 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Để gây được hiệu ứng quang điện, bức xạ rọi vào kim loại phải thỏa mãn điều kiện nào sau đây?

    A. Tần số lớn hơn một tần số nào đó.

    B. Tần số nhỏ hơn một tần số nào đó.

    C. Bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện.

    D. Bước sóng lớn hơn giới hạn quang điện.

Lời giải:

    Chọn C

Bài 4 (trang 225 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Với một bức xạ có bước sóng thích hợp thì cường độ dòng quang điện bão hòa.

   A. Triệt tiêu, khi cường độ chum sáng kích thích nhỏ hơn một giá trị giới hạn.

   B. Tỉ lệ với bình phương cường độ chum sáng.

   C. Tỉ lệ với căn bậc hai của cường độ chum sáng.

   D. Tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng.

Lời giải:

Chọn D.

Định luật quang điện thứ 2: Đối với mỗi kim loại làm catốt thì cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm ánh sáng kích thích.

Bài 5 (trang 225 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện, biết rằng hiệu điện thế hãm bằng 1,8V.

Lời giải:

Áp dụng công thức: