Bài soạn Chuyên đề LTDH: Lượng tử a/s

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI Lượng tử ánh sáng
================================================================================
LƯNG TỬ ÁNH SÁNG
A) Cơng thức cần nhớ :
1. Hệ thức Einstein :
2
max
2
1
ot
mvA
c
hhf
+===
λ
ε

h = 6,625 .10
-34
J.s : hằng số Plank ; c = 3.10
8
m/s

λ
,f : bước sóng ,tần số của ánh sáng kích thích. A
t
: cơng thốt của kim loại làm catốt .( J )
m = 9.10
-31
kg .
maxo

v
: vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron .( m/s )
-Giới hạn quang điện :
t
o
A
c
h
=
λ
<=> Điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện :
o
λλ
≤
2. Hệ thức liên hệ giữa v
omax
và hiệu điện thế hãm U
h


2
2
1
omxh
mveU
=
3. Năng lượng nguồn sáng

λ
ε

hc
NNhfNE
===
4. Cơng suất nguồn sáng :
t
Nhc
t
Nhf
t
NP
λ
ε
===
N: số phơtơn do bức xạ
λ
đập vào catơt
5. Cường độ dòng quang điện bảo hồ :
t
en
t
q
I
==


e
n
: số electron bứt ra khỏi catốt
6. Hiệu suất lượng tử
N

n
H
=
B. BÀI TẬP
DẠNG I: HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGỒI
Câu 1. Cơng thốt electron ra khỏi kim loại A = 6,625.10
-19
J, hằng số Plăng h = 6,625.10
-34
Js, vận tốc ánh sáng
trong chân khơng c = 3.10
8
m/s. Giới hạn quang điện của kim loại đó là
A. 0,300µm. B. 0,295µm. C. 0,375µm. D. 0,250µm.
Câu 2. Cơng thốt electron của kim loại làm catơt của một tế bào quang điện là 4,5eV. Chiếu vào catơt lần lượt
các bức xạ có bước sóng
λ
1
= 0,16
µ
m,
λ
2
= 0,20
µ
m,
λ
3
= 0,25
µ

m,
λ
4
= 0,30
µ
m,
λ
5
= 0,36
µ
m,
λ
6
= 0,40
µ
m. Các bức xạ gây ra được hiện tượng quang điện là:
A.
λ
1
,
λ
2
. B.
λ
1
,
λ
2
,
λ

3
. C.
λ
2
,
λ
3
,
λ
4
. D.
λ
3
,
λ
4
,
λ
5.
Câu 3. Giới hạn quang điện của kim loại là λ
0
. Chiếu vào catơt của tế bào quang điện lần lượt hai bức xạ có bước
sóng λ
1
=
2
0
λ
và λ
2

=
3
0
λ
. Gọi U
1
và U
2
là điện áp hãm tương ứng để triệt tiêu dòng quang điện thì
A. U
1
= 1,5U
2
. B. U
2
= 1,5U
1
. C. U
1
= 0,5U
2
. D. U
1
= 2U
2
.
Câu 4.
Catốt

của

một

tế

bào

quang

điện

làm

bằng

xê

đi

có

giới

hạn

quang

điện

là

0,66
µ
m.

Chiếu

vào
catốt

ánh

sáng

tử

ngoại

có

bước

sóng

0,33
µ
m.

Động

năng

ban

đầu

cực

đại

của

quang

electron

là:
A.
3,01.10
-19
J;
B.
3,15.10
-19
J;
C.
4,01.10
-19
J;
D.

2,51.10
-19
J
Câu 5. Giới hạn quang điện của kẽm là 0,36µm, cơng thốt e của kẽm lớn hơn natri 1,4 lần. Giới hạn quang điện
của natri là
A. 0,257µm. B. 2,57µm. C. 0,504µm. D. 5,04µm.
Câu 6.Trong 10s, số electron đến được anơt của tế bào quang điện là 3.10
16
. Cường độ dòng quang điện lúc đó là
A. 0,48A. B. 4,8A. C. 0,48mA. D. 4,8mA.
Câu 7. Giả sử các electron thốt ra khỏi catốt của tế bào quang điện đều bị hút về anốt, khi đó dòng quang điện
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Gv: Trần Quang Thuận Tel: 0912.676.613 – 091.5657.952
1
I HC S PHM H NI Lửụùng tửỷ aựnh saựng
================================================================================
cú cng I=0,32mA. S electron thoỏt ra khi catt trong mi giõy l :
A. 2.10
15
B. 2.10
17
C. 2.10
19
D. 2.10
13
Cõu 8 Mt ốn laze cú cụng sut phỏt sỏng 1W phỏt ỏnh sỏng n sc cú bc súng 0,7àm.
S phụtụn ca nú phỏt ra trong 1 giõy l:
A. 3,52.10
19
. B. 3,52.10

20
. C. 3,52.10
18
. D. 3,52.10
16
.
Cõu 9. Chiu vo catụt ca t bo quang in mt ỏnh sỏng cú bc súng = 600nm t mt ngun sỏng cú cụng
sut 2mW.
Bit c 1000 ht phụtụn ti p vo catụt thỡ cú 2 electron bt ra, cng dũng quang in bóo hũa bng
A. 1,93.10
-6
A. B. 0,193.10
-6
A. C. 19,3mA. D. 1,93mA.
Cõu 10. Chiu chựm ỏnh sỏng cú cụng sut 3W, bc súng 0,35àm vo catụt ca t bo quang in cú cụng thoỏt
electron 2,48eV thỡ o c cng dũng quang in bóo ho l 0,02A. Hiu sut lng t bng
A. 0,2366%. B. 2,366%. C. 3,258%. D. 2,538%.
Cõu 11. Mt t bo quang in cú catụt c lm bng asen. Chiu vo catụt chựm bc x in t cú bc súng
0,2àm v ni t bo quang in vi ngun in mt chiu. Mi giõy catụt nhn c nng lng ca chựm sỏng
l 3mJ, thỡ cng dũng quang in bóo hũa l 4,5.10
-6
A. Hiu sut lng t l
A. 9,4%. B. 0,094%. C. 0,94%. D. 0,186%.
Cõu 12. Catt ca mt t bo quang in lm bng Xei c chiu bi bc x cú =0,3975m. Cho cng
dũng quang in bóo hũa 2àA v hiu sut quang in: H = 0,5%. S photon ti catụt trong mi giõy l
A. 1,5.10
15
photon B. 2.10
15
photon C. 2,5.10

15
photon D. 5.10
15
photon
Cõu 13. Khi chiu mt chựm bc x cú bc súng = 0,33àm vo catụt ca mt t bo quang in thỡ in ỏp
hóm l U
h
. cú in ỏp hóm U
h
vi giỏ tr |U
h
| gim 1V so vi |U
h
| thỡ phi dựng bc xa cú bc súng bng
bao nhiờu?
A. 0,225àm. B. 0,325àm. C. 0,425. D. 0,449àm.
Cõu 14. Chiu ln lt vo catt ca mt t bo quang in hai bc x in t cú tn s f
1
v f
2
= 2f
1
thỡ hiu
in th lm cho dũng quang in trit tiờu ln lt l 6V v 16V. Gii hn quang in
0
ca kim loi lm catt
A.
0
= 0,21m B.
0

= 0,31m C.
0
= 0,54m D.
0
= 0,63m
Cõu 15. Chiu bc x cú bc súng
1
= 0,405m vo catụt ca 1 t bo quang in thỡ vn tc ban u cc i
ca electrụn l v
1
, thay bc x khỏc cú tn s f
2
= 16.10
14
Hz thỡ vn tc ban u cc i ca electrụn l v
2
= 2v
1
.
Cụng thoỏt ca electrụn ra khi catụt l
A. 1,88 eV. B. 3,2eV. C. 1,6eV. D. 2,2 eV.
Cõu 16. Chiu ln lt hai bc x in t cú bc súng
1
v
2
vi
2
= 2
1
vo mt tm kim loi thỡ t s ng

nng ban u cc i ca quang electron bt ra khi kim loi l 9 . Gii hn quang in ca kim loi l
0
.
T s
0
/
1
bng
A. 16/9 B. 2 C. 16/7 D. 8/7

Cõu 17. Khi chiu bc x cú bc súng
1
= 0,236àm vo catụt ca 1 t bo quang in thỡ cỏc quang electrụn
u b gi li bi hiu in th hóm U
1
=2,749 V. Khi chiu bc x cú bc súng
2
thỡ hiu in th hóm l
U
2
=6,487V. Giỏ tr ca
2
l
A. 0,23àm. B. 0,138àm. C. 0,362àm. D. 0,18àm.
Cõu 18. Ca tt ca t bo quang in c ri sỏng ng thi bi hai bc x: mt bc x cú
1
= 0,2àm v mt
bc x cú tn s f
2
= 1,67.10

15
Hz. Cụng thoỏt electron ca kim loi ú l A = 3,0 (eV).
ng nng ban du cc i ca quang electron l
A. 3,2eV B. 5,1eV C. 6,26eV D. 3,9eV
Cõu 19 :Trong 10 giõy, s electron n c anụt ca t bo quang in l 3.10
16
v hiu sut lng t l 40%.
Tỡm s phụtụn p vo catụt trong 1phỳt?
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Gv: Trn Quang Thun Tel: 0912.676.613 091.5657.952
2
I(A)
U
AK
(V)
-2,16
6.43.10
-6
I HC S PHM H NI Lửụùng tửỷ aựnh saựng
================================================================================
A. 45.10
6
phụtụn. B.4,5.10
6
phụtụn C. 45.10
16
phụtụn D. 4,5.10
16
phụtụn
Cõu 20 :Chiu bc x n sc cú bc súng vo b mt catt ca mt t bo quang in. Kim loi lm catụt cú

cụng thoỏt A=3,62.10
-19
J. ng c trng
vụn-ampe ca t bo quang in y cú dng nh hỡnh v.
Bit hiu sut lng t l H=1%. Cụng sut P ca chựm
bc x chiu vo catt cú giỏ tr no sau õy?
A. 284mW B. 0,284mW
C. 27mW D. 2,7mW

DNG 2 : HIN TNG QUANG IN NGOI VI VT DN Cễ LP
.
Cõu 1. Cụng thoỏt electron khi ng l 4,57eV. Khi chiu bc x cú bc súng = 0,14àm vo mt qu cu
bng ng t xa cỏc vt khỏc thỡ qu cu c tớch in n in th cc i l
A. 0,43 V. B. 4,3V. C. 0,215V. D. 2,15V.
Cõu 2. Cụng thoỏt electron khi ng l 4,57eV. Chiu chựm bc x in t cú bc súng vo mt qu cu
bng ng t xa cỏc vt khỏc thỡ qu cu t c in th cc i 3V. Bc súng ca chựm bc x in t ú l
A. 1,32àm. B. 0,132àm. C. 2,64àm. D. 0,164àm.
Cõu 3. Khi chiu ln lt hai bc x cú tn s l f
1
, f
2
(vi f
1
< f
2
) vo mt qu cu kim loi t cụ lp thỡ u
xy ra hin tng quang in vi in th cc i ca qu cu ln lt l V
1
, V
2

. Nu chiu ng thi hai bc x
trờn vo qu cu ny thỡ in th cc i ca nú l
A. V
2
. B. (V
1
+ V
2
) C. V
1
. D. |V
1
-V
2
|.
Cõu 4:.Khi chiu bc x cú bc súng
1
= 0,2(àm) vo mt tm kim loi cụ lp, thỡ thy quang electron cú vn
tc ban u cc i l 0,7.10
6
(m/s). Nu chiu bc x cú bc súng
2
thỡ in th cc i ca tm kim loi
l 3(V). Bc súng
2
l:
A. 0,19(àm) B. 2,05(àm) C. 0,16(àm) D. 2,53(àm)
Cõu 5: A
0
ca Kali l 2,25eV

1,
?
0
=

2,t kim loi Kali cụ lp v ng thi chiu hai bc x:
a. f
1
=7.5 10
14
Hz v f
2
=7.5 10
14
Hz
b. f
1
=7.5 10
14
Hz v f
2
=10
15
Hz
Hóy tớnh V
max
ca tm kim loi trong mi trng hp.
Cõu 6: Khi chiu tm kim loi Xesi bng hai bc x
1
= 0,35(àm) v

2
=450nm thỡ thy vn tc ban u cc i
tng ng ca cỏc e gp nhau 2 ln.
a. Tớnh
0
b.Tm kim loi c ni t qua R=1M

v c chiu sỏng bng ỏnh sỏng cú bc súng 400nm mnh
V tc thi tng lờn cc i.Tớnh cng cc i qua R?
DNG 3: IN TCH CHUYN NG TRONG T TRNG
B
ur
I. Túm tt cụng thc:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Gv: Trn Quang Thun Tel: 0912.676.613 091.5657.952
3
I HC S PHM H NI Lửụùng tửỷ aựnh saựng
================================================================================
- Lc Lorentz: xut hin khi ht mang in q chuyn ng vi vn tc v trong t trng
B
ur
.
f = qvBsin
f
v
r
, = (
B
ur
,

v
r
)
- Lc Lorentz úng vai trũ l lc hng tõm: m
R
v
2
= ev.B
- Nu electron cú v
0max
thỡ R = R
max
II. Bi tp ỏp dng:
1. Chiu mt chựm bc x cú bc súng = 0,56 àm vo catot ca t bo quang in.
a. Bit rng cng dũng quang in bo hũa l 2mA, tớnh xem trong mi giõy cú bao nhiờu electron
quang in c gii thoỏt.
b. Dựng mn chn tỏch mt chựm tia hp cỏc quang electron, ri hng chỳng vo vựng cú t trng
u B = 7,46.10
-5
T, sao cho
B

vuụng gúc vi phng ban u ca vn tc ca quang electron. Ta thy
qu o ca cỏc quang eletron trong t trng u l cỏc ng trũn m bỏn kớnh cc i l 2,5 cm.
- Chng t quang eletron chuyn ng trũn u v ch rừ chiu chuyn ng ca chỳng.
- Tỡm vn tc ban u cc i ca cỏc quang electron.
- Tớnh gii hn quang in.
2. Cụng thoỏt ca mt t bo quang in c ph mt lp Cs cú cụng thoỏt 1,9 eV. Catot c chiu
sỏng bi ỏnh sỏng cú bc súng = 0,56 àm.
a. Xỏc nh gii hn quang in ca Cs.

b. Dựng mn chn tỏch mt chựm hp cỏc electron quang in ri hng chỳng vo vựng cú t trng
u B =6,1.10
-5
T,
B


v

. Hóy xỏc nh bỏn kớnh cc i qu o ca electron.
DNG 4: QUANG Electron CHUYN NG TRONG IN TRNG
E
ur
I. Túm tt cụng thc:
- Lc in t:
F
ur
= q.
E
ur
- in trng u: E =
d
U
1. Tớnh khong cỏch x ti a m electron ri xa c bn cc khi chuyn ng trong in trng:
- Cụng ca lc in trng: A = - Fx = - eEx
M A =
2
1
mv
2

-
2
1
mv
0
2
eEx =
2
1
mv
0
2
-
2
1
mv
2

2. Tớnh bỏn kớnh ln nht ca vựng trờn b mt anot m cỏc electron ti p vo:
- Khi cỏc quang electron bt ra khi catot chu lc in trng thỡ thu gia tc a =
m
F
=
m
eE
- Xột trc ta xOy:
+ x = v
0max
t = R
max

t =
0max
max
v
R
+ y =
m
eE
t
2
= d ( vi d l khong cỏch gia hai bn cc) d =
m
eE
.
2
0max
2
max
v
R
II. Bi tp ỏp dng:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Gv: Trn Quang Thun Tel: 0912.676.613 091.5657.952
4
I HC S PHM H NI Lửụùng tửỷ aựnh saựng
================================================================================
1. Mt in cc phng bng nhụm c ri bc s t ngoi cú bc súng = 83 nm. Eletron quang in
cú th ri xa in cc mt on ti a l bao nhiờu nu in trng u cn li chuyn ng ca electron

cú ln E = 7,5V/cm. Gii hn quang in ca kim loi l
0
= 332 nm.
2. Khi ri vo catụt phng ca mt t bo quang in bc x cú bc súng = 0,33 àm thỡ cú th lm
dũng quang in trit tiờu nu U
AK
-0,3125 V.
a. Xỏc nh gii hn quang in.
b. Anot ca t bo quang in cú dng bng phng song song vi catụt t i din v cỏch catot d = 1
cm. Khi ri chựm bc x rt hp vo tõm ca catot v t hiu in th U
AK
= 4,55 V gia anot v catot thỡ
bỏn kớnh ln nht ca vựng trờn b mt anot m cỏc electron ti p vo l bao nhiờu?
Trc Nghim
Cõu 1. Chiu mt bc x in t cú bc súng =0,075m lờn mt kim loi dựng catt ca mt t bo quang in
cú cụng thoỏt l 8,3.10
-19
J. Cỏc electron quang in c tỏch ra bng mn chn ly mt chựm hp hng vo
mt t trng u cú cm ng t B =10
4
T, sao cho
B

vuụng gúc vi phng ban u ca vn tc electron. Bỏn
kớnh cc i ca qu o ca electron l
A. 11,375cm B. 22,75cm C. 11,375mm D. 22,75mm
Cõu 2. Chiu bc x n sc bc súng =0,533(m) vo mt tm kim loi cú cụng thoỏt electron A=3.10
19
J.
Dựng mn chn tỏch ra mt chựm hp electron quang in v cho chỳng bay vo mt min t trng u cú cm

ng t
B

. Hng chuyn ng ca electron quang in vuụng gúc vi
B

. Bit bỏn kớnh cc i ca qu o
cỏc electron l R=22,75mm . Cm ng t B ca t trng bng
A. B = 2.10
4
(T) B. B = 10
4
(T) C. B = 1,2.10
4
(T) D. B = 0,92.10
4
(T)
Cõu 3. Khi chiu chựm bc x =0,2m rt hp vo tõm ca catt phng ca mt t bo quang in cụng thoỏt
electron l 1,17.10
-19
J. Ant ca t bo quang in cng cú dng bn phng song song vi catt. t vo gia ant
v catụt mt hiu in th U
AK
= -2V thỡ vn tc cc i ca electron khi n ant bng
A. 1,1.10
6
m/s B. 1,1.10
5
m/s C. 1,22.10
12

m/s D. 1,22.10
10
m/s
DNG 5: TIA RN-GHEN
I. Túm tt cụng thc
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Gv: Trn Quang Thun Tel: 0912.676.613 091.5657.952
5