Cách tính Công suất nguồn bức xạ, hiệu suất lượng tử hay, chi tiết - Vật Lí lớp 12

Cách tính Công suất nguồn bức xạ, hiệu suất lượng tử hay, chi tiết

Với Cách tính Công suất nguồn bức xạ, hiệu suất lượng tử hay, chi tiết Vật Lí lớp 12 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Công suất nguồn bức xạ, hiệu suất lượng tử từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 12.

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

• Công suất của nguồn sáng- hoặc công suất chiếu sáng:

• Cường độ dòng quang điện bão hòa:

• Hiệu suất lượng tử:

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đỏ với công suất P = 2W, bước sóng của ánh sáng λ = 0,7 μm. Xác định số phôtôn đèn phát ra trong 1s.

A. 7,04.10¹⁸ hạt         B. 5,07.10²⁰ hạt          C. 7.10¹⁹ hạt          D. 7.10²¹ hạt

Hướng dẫn:

• Ta có:

Ví dụ 2: Chiếu một bức xạ điện tử có bước sóng λ = 0,5μm vào bề mặt catôt của tế bào quang điện tạo thành dòng bão hòa I = 0,32A. Công suất bức xạ chiếu vào catôt là P = 1,5W. Biết h = 6,625.10^-34Js, c=3.10⁸ m/s và |e|=1,6.10^-19 C. Tìm hiệu suất lượng tử là bao nhiêu?

A. 46%          B. 53%          C. 84%          D. 67%

Hướng dẫn:

Hiệu suất lượng tử năng lượng:

B. Bài tập trắc nghiệm

Bài 1: Một nguồn sáng chỉ phát ra ánh sáng đơn sắc có tần số 5.10¹⁴ Hz. Công suất bức xạ điện từ của nguồn là 10 W. Số phôtôn mà nguồn phát ra trong một giây xấp xỉ bằng

    A. 3,02.10¹⁹.    B. 0,33.10¹⁹.

    C. 3,02.10²⁰.    D. 3,24.10¹⁹.

Lời giải:

Ta có:

Đáp án A

Bài 2: Một nguồn phát ra ánh sáng có bước sóng 662,5 nm với công suất phát sáng 1,5.10^-4 W. Lấy h = 6,625.10^-34 Js; c = 3.10⁸ m/s. Số phôtôn được nguồn phát ra trong một giây là

    A. 5.10¹⁴.    B. 6.10¹⁴.    C. 4.10¹⁴.    D. 3.10¹⁴.

Lời giải:

Ta có:

Đáp án A

Bài 3: Laze A phát ra chùm bức xạ có bước sóng 0,45 μm với công suất 0,8 W. Laze B phát ra chùm bức xạ có bước sóng 0,60 μm với công suất 0,6 W. Tỉ số giữa số phôtôn của laze B và số phôtôn của laze A phát ra trong mỗi giây là

Lời giải:

Ta có:

Đáp án A

Bài 4: Giả sử một nguồn sáng chỉ phát ra ánh sáng đơn sắc có tần số 7,5.10¹⁴ Hz. Công suất phát xạ của nguồn là 10 W. Số phôtôn mà nguồn phát ra trong một giây xấp xỉ bằng

    A. 0,33.10²⁰.    B. 0,33.10¹⁹.

    C. 2,01.10¹⁹.    D. 2,01.10²⁰.

Lời giải:

Ta có:

Đáp án C

Bài 5: Một tế bào quang điện hoạt động cho dòng điện có giá trị bão hòa là 36mA. Hiệu suất quang điện là 4%. Bức xạ chiếu vào catôt của tế bào quang điện có bước sóng là λ. Số phôtôn đập vào catôt trong 1s là:

    A. N_p = 486.10¹⁶    B. N_p = 562,5.10¹⁶.

    C. N_p = 486.10¹⁵    D. N_p = 562,5.10¹⁵.

Lời giải:

- Gọi N_e là số êlectron bứt ra khỏi catôt trong 1s, ta có:

- Gọi N_p là số phôtôn đập vào catôt trong 1s, có:

Đấp án B

Bài 6: Một tế bào quang điện hoạt động cho dòng điện có giá trị bão hòa là 36mA. Hiệu suất quang điện là 4%. Bức xạ chiếu vào catôt của tế bào quang điện có bước sóng là λ. Biết λ = 0,30μm. Công suất của nguồn bức xạ chiều vào catôt của tế bào quang điện là:

    A. P = 3,816W.    B. P = 3,273W.

    C. P = 3,515W.    D. P = 3,723W.

Lời giải:

Gọi N_e và N_p là số êlectron bị bật ra khỏi catôt trong 1s và số phôtôn đập vào catôt trong 1s, ta có:

Công suất của nguồn bức xạ chiếu vào catôt là

Đáp án D

Bài 7: 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

Lời giải:

Công suất của ánh sáng kích thích:

N số phôtôn của ánh sáng kích thích phát ra trong 1s

Công suất của ánh sáng phát quang:

N’ số phôtôn của ánh sáng phát quang phát ra trong 1s

Hiệu suất của sự phát quang:

Đáp án B

Bài 8: Một ống tia X có hiệu điện thế giữa hai điện cực là 200kV. Bước sóng ngắn nhất của tia X mà ống tia X có thể phát ra được là:

    A. λ ≈ 4,2.10^-12m.    B. λ ≈ 6.2.10^-12m.

    C. λ ≈ 3,2.10^-12m.    D. λ ≈ 5.2.10^-12m.

Lời giải:

Từ công thức , ta có:

Đáp án B

Bài 9: Nguồn sáng thứ nhất có công suất P₁ phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng . Nguồn sáng thứ hai có công suất P₂ phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng . 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:

    A. 4.    B. 9/4    C. 4/3.    D. 3.

Lời giải:

Đáp án A