Cách giải bài tập Electron quang điện chuyển động trong điện từ trường hay, chi tiết - Vật Lí lớp 12

Cách giải bài tập Electron quang điện chuyển động trong điện từ trường hay, chi tiết

Với Cách giải bài tập Electron quang điện chuyển động trong điện từ trường 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 Electron quang điện chuyển động trong điện từ trường từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 12.

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

- Bài toán 1: Xác định bán kính quỹ đạo của electron trong từ trường

- Bài toán 2: Xác định điện tích của quả cầu kim loại đặt trong không khí khi bị chiếu sáng để hiện tượng quang điện ngoài xảy ra:

- Bài toán 3: Xác định bán kính cực đại vùng e quang điện khi đến anot:

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Catốt của tế bào quang điện chân không là một tấm kim loại phẳng có giới hạn quang điện là λ_o = 0,6 μm. Chiếu vào catốt ánh sáng có bước sóng λ = 0,5 μm. Anốt cũng là tấm lim loại phẳng cách catốt 1cm. Giữa chúng có một hiệu điện thế 10V. Tìm 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

Hướng dẫn:

Áp dụng công thức:

Ví dụ 2: Chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0,6 μm vào catot của 1 tế bào quang điện có công thoát A = 1,8 eV. Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các electron quang điện và cho chúng bay vào một điện trường hướng từ A đến B sao cho U_AB = - 10 V. Vận tốc nhỏ nhất và lớn nhất của các electron khi tới B lần lượt là

A. 18,75.10⁵ m/s và 19,00.10⁵ m/s.

B. 16,75.10⁵ m/s và 19,00.10⁵ m/s.

C. 16,75.10⁵ m/s và 18,75.10⁵ m/s.

D. 18,75.10⁵ m/s và 18,87.10⁵ m/s.

Hướng dẫn:

Do có hiện tượng quang điện nên:

Khi electron electron bứt ra mà chúng bay vào điện trường hướng từ A đến B sao cho U_AB = V_A – V_B = - 10 V → V_A < V_B

electron sẽ được tăng tốc vì B là bản dương. Khi đó electron có vận tốc lớn nhất ứng với khi nó bứt ra khỏi tấm kim loại cực đại và nó có vận tốc nhỏ nhất khi nó bứt ra với vận tốc ban đầu bằng không.

• Electron cực đại

• Electron cực tiểu là:

B. Bài tập trắc nghiệm

Bài 1: Chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0.6μm vào catot của 1 tế bào quang điện có công thoát A = 1.8eV. Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các electron quang điện và cho chúng bay vào một điện trường từ A đến B sao cho U_AB = -10V. Vận tốc nhỏ nhất và lớn nhất của electron khi tới B lần lượt là:

    A. 18,75.10⁵ m/s và 18,87.10⁵ m/s

    B. 18,87.10⁵ m/s và 18,75.10⁵ m/s

    C. 16,75.10⁵ m/s và 18.87.10⁵ m/s

    D. 18,75.10⁵ m/s và 19,00.10⁵ m/s

Lời giải:

Khi Vận tốc ban đầu cực đại của e theo chiều tăng tốc với U_AB thì ta có vận tốc lớn nhất của electron khi tới B là v: Gọi v (Hay v_max) là vận tốc cực đại của e khi đến B. Áp dụng định lí động năng:

Thế số:

Khi vận tốc ban đầu của e bằng 0 thì ta có vận tốc nhỏ nhất của electron khi tới B là v_min:

Đáp án D

Bài 2: Chiếu bức xạ có tần số f₁ vào quả cầu kim loại đặt cô lập thì xãy ra hiện tượng quang điện với điện thế cực đại của quả cầu là V₁ và động năng ban đầu cực đại của e quang điện đúng bằng một nửa công thoát của kim loại. Chiếu tiếp bức xạ có tần số f₂ = f₁ + f vào quả cầu đó thì điện thế cực đại của quả cầu là 5V₁. Hỏi chiếu riêng bức xạ có tần số f vào quả cầu trên (đang trung hòa về điện) thì điện thế cực đại của quả cầu là:

    A. 2V₁    B. 2,5V₁    C. 4V₁.    D. 3V₁.

Lời giải:

Chiếu f₁ thì:

Điện thế cực đại:

Chiếu f thì:

Đáp án A

Bài 3: Chiếu lên bề mặt một tấm kim loại có công thoát electrôn là A = 2,1 eV chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,485μm. Người ta tách ra một chùm hẹp các electrôn quang điện có vận tốc ban đầu cực đại hướng vào một không gian có cả điện trường đều E và từ trường đều B. Ba véc tơ v, E, B vuông góc với nhau từng đôi một. Cho B = 5.10^-4 T. Để các electrôn vẫn tiếp tục chuyển động thẳng và đều thì cường độ điện trường E có giá trị nào sau đây ?

    A. 201,4 V/m.    B. 80544,2 V/m.

    C. 40.28 V/m.    D. 402,8 V/m.

Lời giải:

Vận tốc ban đầu cực đại của electron;

Đề electron vẫn tiếp tục chuyển động thẳng đều thì lực Lorenxo cân bằng với lực điện tác dụng lên electron: Bve = eE → E = Bv = 5.10^-4. 0,403.10⁶ = 201,4 V/m.

Đáp án A

Bài 4: Một tụ điện phẳng gồm hai bản A và K rất rộng song song với nhau. Cho công thoát của kim loại dùng làm bản tụ bằng 2,1 eV. Chiếu chùm sáng kích thích rất hẹp có bước sóng bằng 0,4 μm (trong chân không) tới một điểm nằm giữa mặt bên trong bản K của tụ điện. Biết hiệu điện thế U_AK = 50 V. Khoảng cách giữa hai bản tụ bằng 5 cm. Bán kính khu vực mà êletron quang điện bắn phá trên bản A của tụ là

    A. 1,42 cm.    B. 2,84 cm.

    C. 4,21 cm.    D. 8,42 cm.

Lời giải:

Bán kính khu vực mà electron quang điện bắn phá trên bản anôt của tụ là

Đáp án A

Bài 5: Một tụ điện phẳng gồm hai bản A và K rất rộng song song với nhau. Công thoát của kim loại dùng làm bản tụ bằng 1,5 eV. Chiếu chùm sáng kích thích rất hẹp có bước sóng bằng 0,5 μm (trong chân không) tới một điểm nằm giữa mặt bên trong bản A của tụ điện. Để không có electron quang điện nào tới được bản K của tụ điện thì U_AK phải thỏa mãn điều kiện là

    A. U_AK < –0,984 V.    B. U_AK > 0,984 V.

    C. U_AK > 1,05 V.    D. U_AK < –1,05 V.

Lời giải:

Để không có electron quang điện nào tới được bản K của tụ điện thì U_AK phải thỏa mãn điều kiện:

Đáp án B

Bài 6: Phía trước một bản kim loại phẳng, rộng, trung hòa về điện, có giới hạn quang điện bằng 0,35 μm, có một từ trường đều có đường sức song song với bề mặt kim loại và có độ lớn cảm ứng từ bằng 0,5 T. Chiếu sáng tấm kim loại bằng bức xạ có bước sóng 0,15 μm (trong chân không). Các electron quang điện có thể rời xa tấm kim loại một khoảng lớn nhất là

    A. 29,35 μm.    B. 15,23 μm.

    C. 27,48 μm.    D. 4,15 mm.

Lời giải:

Các electron quang điện có thể rời xa tấm kim loại một khoảng lớn nhất là:

Đáp án A

Bài 7: Chiếu bức xạ có λ = 0,3μm vào tấm kim loại có giới hạn quang điện λ₀ = 0,6μm. Cho chùm hẹp các quang electron này đi vào từ trường đều vuông góc với vận tốc ban đầu và không đổi, có cảm ứng từ B = 10^-2T, thì bán kính quỹ đạo tròn của quang êlectron là:

    A. r = 2cm.    B. r ≤ 4,85cm.

    C. r = 1,5cm.    D. r = 1,44cm.

Lời giải:

Đáp án B

Khi đi vào từ trường mà thì quang electron chuyển động tròn đều.

Lực Lo - ren - xơ là lực hướng tâm:

Do v₀ < v_{0 max} nên . Tính v_{0 max} tò công thức Anh-xtanh:

Thay số, ta được r ≤ 4,85cm.