Bài 43: Hiện tượng quang điện ngoài. Các định luật quang điện - Giải BT Vật Lí 12 nâng cao
Bài C1 (trang 222 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Nếu chiếu tia tử ngoại vào một tấm kẽm ban đầu tích điện dương thì hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào?
Bài giải:Nếu chiếu tia tử ngoại vào một tấm kẽm ban đầu tích điện dương thì:
a) Nếu ban đầu lượng điện tích dương của tấm kẽm nhỏ thì các electron vẫn bị bật ra khỏi tấm kẽm và điện tích dương của tấm kẽm sẽ tăng dần, hai lá điện nghiệm luôn xòe ra mạnh hơn.
b) Khi điện tích dương của tấm kẽm đủ lớn, công của lực điện trường đúng bằng động năng ban đầu cực đại của electron nên electron vừa bật ra thì ngay lập tức bị hút trở vào, quá trình sẽ diễn ra trong trạng thái cân bằng động, hai lá điện nghiệm luôn xòe ra ở khoảng ổn định.
Bài C2 (trang 224): Dựa vào đặc tuyến vôn - ampe ở hình 43.4, em có nhận xét gì về sự phụ thuộc của I vào UAK khi UAK < U1.
Dựa vào đường đặc tuyến vôn - ampe của tế bào quang điện ta nhận thấy khi UAK < U1 thì đường biểu diễn của I theo UAK có dạng đường cong. Do vậy, mối quan hệ của I theo U không tuân theo định luật Ôm.
Bài C3 (trang 224): Vì sao UAK < U1 thì không phải mọi êlectron quang điện đều tới được anôt?
Bài giải:Khi bứt ra khỏi kim loại, electron chuyển động theo nhiều hướng khác nhau với vận tốc ban đầu khác nhau từ v = 0 đến vmax, chỉ có các electron mà vận tốc ban đầu cùng phương với vectơ cường độ điện trường E là có chuyển động thẳng hướng đến anốt nên có khả năng đến anôt. Các electron còn lại tham gia chuyển động cong, hoặc vận đầu không đủ tạo động năng thắng được lực hút về của catốt (vì khi này catôt mang điện tích dương) nên không thể tới được anôt
Do vậy, khi UAK < U1 thì không phải mọi electron quang điện đều đến được anôt.
Bài C4 (trang 224): Chứng tỏ rằng, 3 định luật quang điện bao hàm được tất cả các kết quả thí nghiệm trên.
Bài giải:Từ ba định luật quang điện ta đã thấy bao hàm đủ các kết quả thí nghiệm định lượng về hiện tượng quang điện:
* Định luật I: λ ≤ λ0. Ta thấy rằng trong thí nghiệm, ánh sáng để gây ra hiện tượng quang điện phải có bước sóng nhỏ hơn một giá trị nào đó, cụ thể là ánh sáng tử ngoại thì gây ra hiện tượng quang điện, còn ánh sáng nhìn thấy, hoặc có bước sóng lớn hơn thì không gây ra hiện tượng quang điện với tấm kẽm trong thí nghiệm.
* Định luật II: Công suất nguồn phát bức xạ lớn thì số phôtôn đến catôt càng nhiều và số electron quang điện thu được tại anôt càng lớn, do đó trong thí nghiệm khi thay đèn có công suất lớn hơn ta thấy Ibh tăng.
* Định luật III: Wđ max = m. v20 max/2 = e. |Uh| với Uh phụ thuộc vào bước sóng bức xạ kích thích và bản chất kim loại dùng làm catôt. Nên trong thí nghiệm khi ta thay đổi công suất chùm sáng nhưng vẫn giữ nguyên bước sóng thì ta thấy Uh - không thay đổi.
Câu 1 (trang 225 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Mô tả khái quát sơ đồ thí nghiệm với tế bào quang điện. Vẽ đặc tuyến vôn-ampe của tế bào quang điện.
Bài giải:Khái quát sơ đồ thí nghiệm với tế bào quang điện
* Cấu tạo:
Tế bào quang điện là một bình cầu bằng thạch anh, trong bình là chân không.
Tế bào quang điện gồm có hai điện cực:
• Anốt A là một vòng dây kim loại đặt ở tâm bình cầu.
• Catốt K là một chõm cầu bằng kim loại.
* Hoạt động:
Đặt một hiệu điện thế UAK vào hai điện cực của tế bào quang điện.
UAK có thể thay đổi giá trị (âm, dương hoặc bằng 0) tùy theo vị trí của con chạy C. Chiếu ánh sáng đơn sắc vào catốt của tế bào quang điện và điều chỉnh giá trị của UAK người ta thu được đường biểu diễn sau đây (gọi là đường đặc trưng vôn - ampe của tế bào quang điện).
* Đặc tuyến vôn-ampe của tế bào quang điện.
Câu 2 (trang 225): Trình bày các kết luận chính rút ra từ kết quả thí nghiệm.
Bài giải:Xem mục 2 phần KTCB.
Câu 3 (trang 225): Phát biểu các định luật quang điện.
Bài giải:+ Định luật về giới hạn quang điện (Định luật quang điện thứ nhất):
Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện λ0 của kim loại đó thì mới gây ra được hiện tượng quang điện.
Nói ngắn gọn: " Hiện tượng quang điện xảy ra λ ≤ λ0.
- Giới hạn quang điện của các kim loại thông thường (như: bạc, đồng, kẽm, nhôm) ở trong miền tử ngoại.
- Giới hạn quang điện của các kim loại kiềm, kềm thổ (như: canxi, natri, xêsi, kali) ở trong miền ánh sáng thấy được.
+ Định luật quang điện thứ hai: Đối với mỗi kim loại làm catốt thì cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm ánh sáng kích thích
+ Định luật quang điện thứ ba: Động năng ban đầu cực đại của electrôn quang điện (bằng tích e. |Uh|) không phụ thuộc vào cường độ của chùm ánh sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và vào bản chất của kim loại dùng làm catốt.
Bài 1 (trang 225 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Nếu chiếu một chùm tia hồng ngoại vào tấm kẽm tích điện âm, thì.
A. Tấm kẽm mất dần điện tích dương.
B. Tấm kẽm mất dần điện tích âm.
C. Tấn kẽm trở nên trung hòa điện.
D. Điện tích âm của tấm kẽm không đổi.
Bài giải:Đáp án đúng là: D
Tia hồng ngoại có bước sóng lớn hơn 0,75μm, trong khi đó tấm kẽm có giới hạn quang điện thuộc vùng tử ngoại nên tia hồng ngoại không gây ra hiện tượng quang điện với kẽm được → Điện tích âm của tấm kẽm không đổi.
Bài 2 (trang 225): Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là
A. Bước sóng của ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại gây ra hiện tượng quang điện.
B. Công thoát của các electron ở bề mặt kim loại đó.
C. Bước sóng giới hạn của ánh sáng kích thích để gây ra hiện tượng quang điện kim loại đó.
D. Hiệu điện thế hãm.
Bài giải:Đáp án đúng là: C
Bài 3 (trang 225): Để gây được hiệu ứng quang điện, bức xạ rọi vào kim loại phải thỏa mãn điều kiện nào sau đây?
A. Tần số lớn hơn một tần số nào đó.
B. Tần số nhỏ hơn một tần số nào đó.
C. Bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện.
D. Bước sóng lớn hơn giới hạn quang điện.
Bài giải:Đáp án đúng là: C
Bài 4 (trang 225): Với một bức xạ có bước sóng thích hợp thì cường độ dòng quang điện bão hòa.
A. Triệt tiêu, khi cường độ chum sáng kích thích nhỏ hơn một giá trị giới hạn.
B. Tỉ lệ với bình phương cường độ chum sáng.
C. Tỉ lệ với căn bậc hai của cường độ chum sáng.
D. Tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng.
Bài giải:Đáp án đúng là: D.
Định luật quang điện thứ 2: Đối với mỗi kim loại làm catốt thì cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm ánh sáng kích thích.
Bài 5 (trang 225): Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện, biết rằng hiệu điện thế hãm bằng 1,8V.
Bài giải:Áp dụng công thức:
