Chuyên đề Vật lí 12 CTST Bài 7. Hiệu ứng quang điện và năng lượng của photon có đáp án

Dự đoán hiện tượng xảy ra khi chiếu tia tử ngoại vào bản kẽm tích điện dương trong thí nghiệm của Hertz ở Hình 7.1.

Dựa vào các dụng cụ được gợi ý trong Hình 7.2 để thiết kế phương án thí nghiệm vẽ đường đặc trưng vôn - ampe của tế bào quang điện.

Giải thích vì sao vỏ của tế bào quang điện thường bằng thạch anh.

Quan sát Hình 7.4 và sắp xếp các đường đồ thị (1), (2), (3) theo thứ tự tăng dần của cường độ bức xạ điện từ kích thích.

Năng lượng của sóng điện từ phụ thuộc như thế nào vào bước sóng?

Sử dụng biểu thức (73) để giải thích vì sao các tia X và tia gamma có khả năng đâm xuyên lớn qua một số vật liệu.

Một bút laser có công suất 5,00 mW phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 650 nm. Tính số photon phát ra bởi bút laser này trong thời gian 1 phút.

Tham khảo Bảng 7.2 để giải thích vì sao phải sử dụng chùm tia tử ngoại trong thí nghiệm Hertz để tạo ra hiệu ứng quang điện.

Từ phương trình (7.4), em hãy nghiệm lại định luật quang điện thứ nhất về giới hạn quang điện.

Vì sao ta không thể sử dụng lí thuyết sóng để giải thích định luật về giới hạn quang điện.

Cường độ dòng quang điện bão hoà có phụ thuộc vào bước sóng của bức xạ điện từ kích thích không? Giải thích.

Thảo luận để rút ra công thức 7.8

Biết rằng phải chiếu vào cathode bằng sodium (Na) bức xạ điện từ có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng 504 nm thì hiệu ứng quang điện mới xảy ra. Khi hiệu điện thế giữa anode và cathode nhỏ hơn hoặc bằng -2,46 V thì dòng quang điện tắt.

a) Tính công thoát của sodium (theo đơn vị J và eV).

b) Tính động năng ban đầu cực đại (theo đơn vị eV) và vận tốc ban đầu cực đại của quang electron. Cho biết khối lượng của electron là 9,10.10^-31 kg.

Hiệu ứng quang điện có nhiều ứng dụng trong thực tế. Một trong các ví dụ là ống nhân quang điện (PMT - Photomultiplier tube). Trong thiết bị này, dòng quang electron được khuếch đại nhiều lần để tạo thành dòng điện có cường độ lớn. Ống nhân quang điện được sử dụng trong chẩn đoán y tế (xét nghiệm máu, quét ảnh), thiết bị nhìn đêm, máy quét hình ảnh cao cấp, ... Em hãy tìm hiểu trên sách, báo, internet, ... để trình bày tóm tắt về nguyên tắc hoạt động của thiết bị này.

Một ứng dụng của laser trong y học là dùng một chùm tia laser để điều chỉnh độ cong của giác mạc, từ đó điều trị các bệnh lí liên quan tới tật khúc xạ. Biết thời gian của mỗi xung laser bằng 20 ms và công suất trung bình của mỗi xung là 0,60 W. Trong mỗi xung, có 4,0.10¹⁶ photon đập vào võng mạc. Tính bước sóng của chùm tia laser này.

Hằng số Planck h có thể được xác định trong thực nghiệm bằng cách đo hiệu điện thế hãm đối với sodium (Hình 7P.1). Cho khối lượng và điện tích của electron lần lượt bằng 9,1.10^-31 kg và -1,6.10^-19 C.

a) Từ đồ thị trên, hãy suy ra giá trị của hằng số h và công thoát của sodium.

b) Với giá trị của h ở câu a, hãy tính hiệu điện thế hãm và vận tốc ban đầu cực đại của quang electron nếu ánh sáng chiếu vào bản sodium này có bước sóng bằng 400 nm.

Gọi λ₀ là giới hạn quang điện của sodium. Ta thấy khi chiếu vào cathode của một tế bào quang điện bức xạ có bước sóng λ=λ02 thì hiệu điện thế U_AK giữa anode và cathode có giá trị bằng -2,48 V để dòng quang điện có giá trị bằng 0. Cho h = 6,626.10^-34 J.s, khối lượng và điện tích của electron lần lượt bằng 9,1.10^-31 kg và -1,6.10^-19 C.

a) Tính giá trị λ₀.

b) Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang electron khi bật ra khỏi cathode.