Bài tập trắc nghiệm chương lượng tử ánh sáng (2)

Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng)
Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS.

Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit
Tng đài t vn: 1900 58-58-12
- Trang | 1 -


I. HIN TNG QUANG IN NGOÀI
1) Thí nghim Hertz v hin tng quang đin
a) Thí nghim
 Chiu chùm ánh sáng t ngoi phát ra t h quang vào tm km tích
đin âm (tm km đang tha electron) gn trên din nghim ta thy hai
lá ca đin nghim cp li, tm km mt đin tích âm.
 Chn chùm tia t ngoi t h quang bng mt tm kính thì hin
tng không xy ra.
 Thay tm km tích đin âm bng tm km tích đin dng, hin
tng cng không xy ra. Thay tm km bng các kim loi khác tích
đin âm hin tng xy ra bình thng.

Kt lun:
Khi chiu chùm ánh sáng thích hp có bc sóng ngn vào b mt mt tm kim loi thì nó làm cho các electron  b
mt tm kim loai b bt ra. Hin tng đó gi là hin tng quang đin. Các e b bt ra gi là các e quang đin.
b) Khái nim hin tng quang đin ngoài
Hin tng electron b bt ra khi chiu ánh sáng có bc sóng thích hp vào mt tm kim loi đc gi là hin tng
quang đin ngoài, hay gi tt là hin tng quang đin.
2) Thí nghim vi t bào quang đin
a) Khái nim v t bào quang đin
T bào quang đin là mt bình chân không (đã đc hút ht không khí
bên trong), gm có hai đin cc:
 Anot là mt vòng dây kim loi.

 Catot có dng chm cu bng kim loi.
 Khi chiu vào catt ca t bào quang đin ánh sáng đn sc có bc
sóng thích hp thì trong mch xut hin mt dòng đin gi là dòng
quang đin.

b) Kt qu thí nghim
 Vi mi kim loi dùng làm catot, ánh sáng kích thích phi có bc
sóng  nh hn mt gii hn 
0
nào đó thì hin tng mi xy ra.
 Cng đ dòng quang đin ph thuc vào U
AK
theo đ th sau:
+ U
AK
> 0: Khi U
AK
tng thì I tng, đn giá tr nào đó, I đt đn giá tr
bão hòa. Lúc đó U
AK
tng thì I vn không tng.
+ U
AK
< 0: I không trit tiêu ngay mà phi đn giá tr U
AK
= U
h
< 0
nào đó.

Zn
-
-
-
HIN TNG QUANG IN NGOÀI, THUYT LNG T ÁNH SÁNG
(TÀI LIU BÀI GING)
GIÁO VIểNμ NG VIT HÙNG
ây là tài liu tóm lc các kin thc đi kèm theo bài ging “Hin tng quang đin ngoài, thuyt lng t ánh sáng
“
thuc khóa hc LTH KIT-1 : Môn Vt lí(Thy ng Vit Hùng) ti website Hocmai.vn.  có th nm vng kin thc
phn “Hin tng quang đin ngoài, thuyt lng t ánh sáng”, Bn cn kt hp theo dõi bài ging vi tài liu này.

Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng)
Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS.

Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit
Tng đài t vn: 1900 58-58-12
- Trang | 2 -



Chú ý:

Mun cho dòng quang đin trit tiêu thì phi đt gia AK mt hiu đin th hãm U
h
< 0, tr s ca U
h
ph thuc vào
bc sóng  ca chùm sáng kích thích.


Dòng quang đin bão hòa khi tt c các electron bt ra khi Catot đu đn đc Anot.

Cng đ dòng quang đin bão hòa t l thun vi cng đ chùm sáng kích thích mà không ph thuc vào bc
sóng ca ánh sáng kích thích.

 ln ca U
h
đc tính t biu thc ca đnh lý đng nngμ
2
2

omax
h
mv
eU
, trong đó e = –1,6.10
–19
C là đin tích
ca electron, m = 9,1.10
–31
kg là khi lng ca electron.
II. CÁC NH LUT QUANG IN
1) nh lut I : (nh lut v gii hn quang đin)
a) Phát biu
i vi mi kim loi, ánh sáng kích thích phi có bc sóng  ngn hn hay bng gii hn quang đin 
0
ca kim loi
đó, mi gây ra đc hin tng quang đin.
Biu thc:   

o

b) c đim
Gii hn quang đin ca mi kim loi (kí hiu 
o
) là đc trng riêng cho kim loi đó.
Gii hn kim loi ca mt s kim loi hình:













Chú ý:
Quan sát bng giá tr gii hn quang đin ca các kim loi đin hình hay dùng ta thy rng các kim loi kim có gii
hn quang đin khá ln nên khi chiu ánh sáng vào hin tng quang đin có th d xy ra hn vi các kim loi Km
hay ng hn là các kim loi kim.
2) nh lut II : (nh lut v cng đ dòng quang đin bão hòa)
Vi ánh sáng kích thích có bc sóng thích hp (  
o
) thì cng đ dòng quang đin bão hòa t l vi cng đ ca
chùm sáng kích thích.
3) nh lut III : (nh lut v đng nng ban đu cc đi ca các electron quang đin)

ng nng ban đu cc đi ca các electrong quang đin không ph thuc vào cng đ ca chùm sáng kích thích
mà ch ph thuc vào bc sóng ca ánh sáng kich thích và bn cht kim loi dùng làm catt.
Tên kim loi
Gii hn quang đin (
o
)
Bc (Ag)
0,26 m
ng (Cu)
0,3 m
Km (Zn)
0,35m
Nhôm (Al)
0,36 m
Canxi (Ca)
0,43 m
Natri (Na)
0,5 m
Kali (K)
0,55 m
Xesi (Cs)
0,58 m
Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng)
Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS.

Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit
Tng đài t vn: 1900 58-58-12
- Trang | 3 -


Chú ý:

Kí hiu đng nng ban đu cc đi là W
đmax
thì theo đnh lut quang đin III ta thy W
đmax
ch ph thuc vào  và
bn cht kim loi dùng làm Catot, do mi kim loi có mt gii hn quang đin nht đnh nên nói mt cách khác, đng
nng ban đu cc đi ph thuc vào  và 
o
.

Trong ni dung ca chng trình Chun thì ch dng li  nh lut quang đin I, các đnh lut II và III ch mang
tính tham kho.
III. THUYT LNG T ÁNH SÁNG
1) Gi thuyt v lng t nng lng Planck
Theo nhà bác hc ngi c, Planck, Lng nng lng mà mi ln mt nguyên t hay phân t hp th hay phát x
có giá tr hoàn toàn xác đnh, đc ký hiu là  và có biu thc  = h.f
Trong đó:
f là tn s ca ánh sáng b hp th hay phát ra
h là mt hng s, đc gi là hng s Plack có giá tr h = 6,625.10
–34
J.s
2) S bt lc ca thuyt sóng ánh sáng
Theo thuyt sóng ánh thì ánh sáng là mt chùm sóng đin t. Khi đp vào b mt kim loi s làm cho các e  b mt
kim loi dao đng, cng đ chùm sáng càng ln thì các e dao đng càng mnh và bt ra ngoài to thành dòng quang
đin. Do đó bt kì chùm sáng nào có cng đ đ mnh cng gây ra hin tng quang đin (trái vi đnh lut I) và
đng nng ban đu cc đi ca các e ch ph thuc cng đ ca chùm sáng kích thích (trái vi đnh lut III).
3) Thuyt lng t ánh sáng

Ni dung ca thuyt lng t ánh sáng do nhà bác hc Anhxtanh nêu lên có 3 ni dung chính:
 Ánh sáng đc to thành bi các ht gi là phôtôn, mi phôtôn còn gi là các lng t có nng lng xác đnh  =
h.f, cng đ ca chùm sáng t l vi s phôtôn phát ra trong 1 giây.
 Phôtôn bay vi tc đ c = 3.10
8
m/s dc theo các tia sáng.
 Mi ln mt nguyên t hay phân t phát x hay hp th ánh sáng thì chúng phát ra hay hp th phôtôn.

Chú ý:

Nhng nguyên t hay phân t vt cht không hp th hay bc x ánh sáng mt cách liên tc mà thành tng phn
riêng bit đt quãng, mi phn đó mang mt nng lng hoàn toàn xác đnh - Chùm sáng là mt chùm ht mi ht là
mt phôtôn mang mt nng lng xác đnh.

Khi ánh sáng truyn đi, các lng t nng lng không b thay đi, không ph thuc cách ngun sáng xa hay gn.
IV. GII THệCH CÁC NH LUT QUANG IểN
1) H thc Anhxtanh
 Anhxtanh coi chùm sáng là chùm ht, mi ht là mt phôtôn mang mt nng lng xác đnh  = h.f.
 Trong hin tng quang đin có s hp th hoàn toàn phô tôn chiu ti. Mi phôtôn b hp th s truyn toàn b
nng lng ca nó cho mt electron. i vi các electron trên b mt nng lng  này dùng làm hai vic:
- Cung cp cho electron mt công thoát A đ thng lc liên kt trong tinh th và thoát ra ngoài.
- Cung cp cho electron mt đng nng ban đu cc đi đ electron bay đn Anot.
Theo đnh lut bo toàn nng lng ta có
2
0max
d.max
mv
 hf A W A
2
    

Công thc trên đc gi là h thc Anhxtanh.

Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng)
Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS.

Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit
Tng đài t vn: 1900 58-58-12
- Trang | 4 -



Chú ý:
Thay công thc tính tn s f = c/ hoc đng nng theo U
h
ta đc các h qu ca h thc Anhxtanh
           
22
0max 0max
d.max h h
mv mv
hc
 hf A W A A eU A A eU
2 2

Các hng s : h = 6,625.10
–34
J.s, c = 3.10
8
m/s, m = 9,1.10

–31
kg, e = –1,6.10
–19
C.
2) Gii thích các đnh lut quang đin
a) Gii thích nh lut I
 xy ra hin tng quang đin, nng lng mt phôtôn phi ln hn công thoát A (là nng lng đ gi các
electron  li tm kim loi).
Khi đó ta có
 
c hc
 A hf A h A  , 1 .
A
      

t
0
hc
,
A

đc gi là gii hn quang đin.
Khi đó (1) đc vit li là   
0

b) Gii thích nh lut II
Cng đ dòng quang đin bão hòa t l vi s electron quang đin. S electron quang đin t l vi s phô tôn đn
đp vào Catot trong mt đn v thi gian. S phôton đn đp vào Catot trong mt đn v thi gian t l vi cng đ
chùm sáng. Vy cng đ dòng quang đin bão hòa t l vi cng đ chùm sáng.
c) Gii thích nh lut III

T h thc Anhxtanh ta có
22
0max 0max
d.max
mv mv
hc
hf A W A A .
22
      


Ta thy đng nng ban đu cc đi (W
đ.max
) ch ph thuc vào  và A, tc là bc sóng ca chùm sáng chiu vào kim
loi và bn cht kim loi làm Catot.

Chú ý:

T công thc tính gii hn quang đin
0
0
   

hc hc
A
A
, thay vào h thc Anhxtanh ta đc
2 2 2
0
2 2 2

       
  
omax omax omax
mv mv mv
hc hc hc
hf A A


Trong các công thc tính toán thì tích s h.c thng đc lp li nhiu ln trong các bc tính, đ thun tin ta lu
giá tr ca hng s này hc = 19,875.10
–26

Giá tr ca v
omax
dao đng trong khong t 10
5
(m/s) đn 10
7
(m/s).
5) Lng tính sóng ht ca ánh sáng
Hin tng giao thoa chng t ánh sáng có tính cht sóng, hin tng quang đin chng t ánh sáng có tính cht ht.
Vy ánh sáng có lng tính sóng ht.
IV. MT S VÍ D IN HÌNH
Ví d 1. Tính nng lng phôtôn ng vi ánh sáng có bc sóng 
1
= 0,768 m; 
2
= 0,589 m; 
3
= 0,444 m.

Hng dn gii:
Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng)
Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS.

Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit
Tng đài t vn: 1900 58-58-12
- Trang | 5 -


Áp dng công thc tính lng t nng lng ta có
34 8
20
1
6
1
34 8
20
2
6
2
34 8
20
3
6
3
hc 6,625.10 .3.10
 25,87.10 (J).
 0,768.10
hc 6,625.10 .3.10
 33,74.10 (J).

 0,58λ.10
hc 6,625.10 .3.10
 44,76.10 (J).
 0,444.10










  




  




  



Ví d 2.
Tính bc sóng và tn s ca ánh sáng có nng lng phôtôn là 2,8.10

ậ19
(J).
Hng dn gii:
Ta có
19
14
34
16
19
 2,8.10
f 4,226.10 Hz.
h 6,625.10
hc
 hf

hc 19,875.10
 0,7(m).
 2,8.10





  


  


  




Ví d 3.
Tìm gii hn quang đin ca kim loi. Bit rng nng lng dùng đ tách mt electron ra khi kim
loi đc dùng làm catt ca mt t bào quang đin là 3,31.10
ậ19
(J).
Hng dn gii:
Nng lng đ tách electron ra khi kim loi là công thoát A ca kim loi đó, vy A = 3,31.10
ậ19
(J).
Theo công thc tính gii hn quang đin ta có
26
o
19
hc 19,975.10
 0,6(m).
A 3,31.10


  

Ví d 4.
Mt t bào quang đin có gii hn quang đin 
0
= 600 nm đc chiu bi mt tia sáng đn sc có
bc sóng  = 400 nm. Tính
a) công thoát A ca kim loi.
b) vn tc cc đi ca electron bt ra.

Hng dn gii:
a) Theo công thc tính gii hn quang đin
26
19
0
9
0
hc hc 19,975.10
 A 3,3125.10 J
A  600.10



    

b) Theo h qu t h thc Anhxtanh ta có :
26
2
99
00
5
omax
omax
31
0
hc hc 1 1
11
2 2hc
2.19,875.10
mv

hc hc
400.10 600.10
v 6.10 (m/s).
2 m m 9,1.10



   



   

   
     
      

Vy v
omax
= 6.10
5
(m/s).
Ví d 5.
Công thoát electron ra khi kim loi A = 6,625.10
ậ19
J, hng s Plng h = 6,625.10
ậ34
J.s, vn tc ánh sáng
trong chân không c = 3.10
8

m/s. Tính gii hn quang đin ca kim loi đó.


áp s : 
o
= 0,300 m.
Ví d 6.
Chiu bc x t ngoi có  = 0,25 m vào mt tm kim loi có công thoát 3,45 eV. Vn tc ban đu cc đi
ca êlectron quang đin là bao nhiêu?


áp s : v
omax
= 7,3.10
5
m/s.
Ví d 7. Catt ca mt t bào quang đin làm bng Cesi có gii hn quang đin là 0,66 m. Chiu vào
catt ánh
sáng t ngoi có bc sóng 0,33 m. ng nng ban đu cc đi ca quang electron có giá tr bao nhiêu?

Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng)
Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS.

Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit
Tng đài t vn: 1900 58-58-12
- Trang | 6 -

áp s: W
d.max
= 3,01.10
–19
J.
Ví d 8.
Gii hn quang đin ca km là 0,36 m, công thoát e ca km ln hn natri 1,4 ln. Gii hn quang đin
ca natri có giá tr là bao nhiêu ?



áp s : 
o
= 0,504 m.
Ví d 9.
Chiu bc x có bc sóng 
1
= 0,405 m vào catôt ca 1 t bào quang đin thì vn tc ban đu cc đi ca
electrôn là v
1
, thay bc x khác có tn s f
2
= 16.10
14
Hz thì vn tc ban đu cc đi ca electrôn là v
2
= 2v
1
. Công
thoát ca electrôn ra khi catôt là

áp s : A = 3.10
–19
J.
Ví d 10.
Catt ca mt t bào quang đin có gii hn quang đin  = 322 nm. Tính
a) công thoát ca electron.
b) vn tc ban đu cc đi ca electron bn ra t catt khi chiu vào nó chùm sáng đn sc có bc sóng 250 nm.




áp s: a) A = 3,74.10
–3
eV.
b) v
omax
= 1,31.10
6
m/s.
Ví d 11.
Mt lá Niken có công thoát là 5 eV, đc chiu bng ánh sáng t ngoi có bc sóng  = 0,2 m. Xác đnh
vn tc ban đu cc đi ca các electron bn ra t catôt.
áp s: v
omax
= 6,65.10
6

m/s.



Ví d 12.
(TN-2008): Gii hn quang đin ca đng (Cu) là 
0
= 0,30 m. Bit hng s h = 6,625.10
-34
J.s và vn tc
truyn ánh sáng trong chân không c = 3.10
8
m/s. Công thoát ca êlectrôn khi b mt ca đng là
A. 6,625.10
-19
J. B. 6,265.10
-19
J. C. 8,526.10
-19
J. D. 8,625.10
-19
J.
Hng dn gii:
Công thoát:
34 8
19
6
0
6,625.10 .3.10
6,625.10 .

0,3.10
hc
AJ



  

áp án A
Ví d 13.
Gi hn quang đin ca Ge là 
o
= 1,88 m. Tính nng lng kích hat (nng lng cn thit đ gii phóng
mt êlectron liên kt thành êlectron dn) ca Ge?
Hng dn gii:
Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng)
Hin tng quang đin ngoài, thuyt LTAS.

Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit
Tng đài t vn: 1900 58-58-12
- Trang | 7 -


T công thc
34 8
0
6
0
6,625.10 .3.10



1,88.10
hc hc
A
A


   
= 1,057.10
-19
J = 0,66 eV
Ví d 14.
Mt kim loi có công thoát là 2,5eV. Tính gii hn quang đin ca kim loi đó μ
A. 0,4969 m B. 0,649 m C. 0,325 m D. 0,229 m
Hng dn gii:
Gii hn quang đin
34 8
0
19
6.625.10 .3.10

2.5.1,6.10
hc
A



= 4,96875.10
-7
m = 0,4969 m. áp án A

Ví d 15. Catt ca mt t bào quang đin có công thoát bng 3,5eV.
a) Tìm tn s gii hn và gii hn quang đin ca kim loi y.
b) Khi chiu vào catt mt bc x có bc sóng 250 nm
- Tìm hiu đin th gia A và K đ dòng quang đin bng 0.
- Tìm đng nng ban đu cc đi ca các êlectron quang đin.
- Tìm vn tc ca các êlectron quang đin khi bt ra khi K.






Giáo viên: ng Vit Hùng
Ngun :
Hocmai.vn