SBT Vật lí 12 Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng | Giải SBT Vật Lí lớp 12

63 lượt xem

Bài trước

Bài sau

Chúng tôi giới thiệu Giải sách bài tập Vật Lí lớp 12 Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng chi tiết giúp học sinh xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập trong SBT Vật Lí 12. Mời các bạn đón xem:

Giải SBT Vật Lí 12 Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

Bài 30.1 trang 83 SBT Vật Lí 12: Trong trường hợp nào dưới đây có thể xảy ra hiện tượng quang điện? Ánh sáng mặt trời chiếu vào

A. mặt nước biển.

B. lá cây.

C. mái ngói.

D. tấm kim loại không sơn

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết về hiện tượng quang điện.

Lời giải:

Ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm kim loại không sơn xảy ra hiện tượng quang điện

Chọn D

Bài 30.2 trang 83 SBT Vật Lí 12: Giới hạn quang điện của các kim loại như bạc, đồng, kẽm, nhôm,... nằm trong vùng ánh sáng nào?

A. Ánh sáng tử ngoại.

B. Ánh sáng nhìn thấy được.

C. Ánh sáng hồng ngoại.

D. Cả ba vùng ánh sáng nêu trên.

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết về giới hạn quang điện.

Lời giải:

Giới hạn quang điện của các kim loại như bạc, đồng, kẽm, nhôm,... nằm trong vùng ánh sáng tử ngoại

Chọn A

Bài 30.3 trang 83 SBT Vật Lí 12: Giới hạn quang điện của các kim loại kiềm như canxi, natri, kali, xesi... nằm trong vùng ánh sáng nào?

A. Ánh sáng tử ngoại.

B. Ánh sáng nhìn thấy được.

C. Ánh sáng hồng ngoại.

D. Cả ba vùng ánh sáng nêu trên.

Phương pháp giải:

Sử dụng bảng giá trị giới hạn quang điện $λ_{0}$ của một số kim loại.

Lời giải:

Giới hạn quang điện của các kim loại kiềm như canxi, natri, kali, xesi... nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy

Chọn B

Bài 30.4 trang 83 SBT Vật Lí 12: Chiếu ánh sáng vàng vào mặt một tấm vật liệu thì thấy có êlectron bị bật ra. Tấm vật liệu đó chắc chắn phải là

A. kim loại.

B. kim loại kiềm.

C. chất cách điện.

D. chất hữu cơ.

Phương pháp giải:

Sử dụng bảng giá trị giới hạn quang điện $λ_{0}$ của một số kim loại

Lời giải:

Do ánh sáng vàng là ánh sáng nhìn thấy nên tấm kim loại đó là kim loại kiềm

Chọn B

Bài 30.5 trang 83 SBT Vật Lí 12: Chiếu ánh sáng có bước sóng $0, 50 μ m$ lần lượt vào bốn tấm nhỏ có phủ canxi, natri, kali và xesi. Hiện tượng quang điện sẽ xảy ra ở

A. một tấm.

B. hai tấm.

C. ba tấm.

D. cả bốn tấm.

Lời giải:

Ánh sáng có bước sóng $0, 5 μ m$ gây ra hiện tượng quang điện đối với canxi, natri và xesi

Chọn C

Bài 30.6 trang 84 SBT Vật Lí 12: Chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc vào một tấm kẽm. Hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu ánh sáng có bước sóng

A. $0, 1 μ m .$ B. $0, 2 μ m .$

C. $0, 3 μ m .$ D. $0, 4 μ m .$

Phương pháp giải:

Sử dụng bảng giá trị giới hạn quang điện $λ_{0}$ của một số kim loại.

Lời giải:

Giới hạn quang điện của kẽm là $λ_{0} = 0, 35 μ m$

Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện là $λ \leq λ_{0}$

Vậy $λ = 0, 4 μ m$ không gây ra hiện tượng quang điện cho tấm kẽm

Chọn D

Bài 30.7 trang 84 SBT Vật Lí 12: Giới hạn quang điện của một hợp kim gồm bạc, đồng và kẽm sẽ là

A. $0, 26 μ m .$ B. $0, 30 μ m .$

C. $0, 35 μ m .$ D. $0, 40 μ m .$

Phương pháp giải:

Sử dụng bảng giá trị giới hạn quang điện $λ_{0}$ của một số kim loại.

Lời giải:

Giới hạn quang điện của một hỗn hợp kim loại bằng với giới hạn kim loại lớn nhất của mỗi kim loại trong hỗn hợp

Vậy giới hạn quang điện của một hợp kim gồm bạc, đồng và kẽm sẽ là $0, 35 μ m .$

Chọn C

Bài 30.8 trang 84 SBT Vật Lí 12: Khi chiếu tia tử ngoại vào một tấm kẽm nhiễm điện dương thì điện tích của tấm kẽm không bị thay đổi. Đó là do

A. tia tử ngoại không làm bật được êlectron khỏi kẽm.

B. tia tử ngoại làm bật đồng thời êlectron và ion dương khỏi kẽm.

C. tia tử ngoại không làm bật cả êlectron và ion dương khỏi kẽm.

D. tia tử ngoại làm bật êlectron ra khỏi kẽm nhưng êlectron này lại bị bản kẽm nhiễm điện dương hút lại.

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết về hiện tượng quang điện.

Lời giải:

Khi chiếu tia tử ngoại vào một tấm kẽm nhiễm điện dương thì điện tích của tấm kẽm không bị thay đổi. Đó là do tia tử ngoại làm bật êlectron ra khỏi kẽm nhưng êlectron này lại bị bản kẽm nhiễm điện dương hút lại.

Chọn D

Bài 30.9 trang 84 SBT Vật Lí 12: Xét ba loại êlectron trong một tấm kim loại:

- Loại $1$ là các êlectron tự do nằm ngay trên bề mặt tấm kim loại.

- Loại $2$ là các êlectron tự do nằm sâu bên trong tấm kim loại.

- Loại $3$ là các êlectron liên kết ở các nút mạng kim loại.

Những phôtôn có năng lượng đúng bằng công thoát của êlectron khỏi kim loại nói trên sẽ có khả năng giải phóng các loại êlectron nào khỏi tấm kim loại?

A. Các êlectron loại $1.$

B. Các êlectron loại $2.$

C. Các êlectron loại $3.$

D. Các êlectron thuộc cả ba loại.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức $ε = A + W_{d max}$

Lời giải:

Những phôtôn có năng lượng đúng bằng công thoát của êlectron khỏi kim loại nói trên sẽ có khả năng giải phóng các loại êlectron là các êlectron tự do nằm ngay trên bề mặt tấm kim loại.

Chọn A

Bài 30.10 trang 84 SBT Vật Lí 12: Theo thuyết lượng tử ánh sáng thì năng lượng của

A. một phôtôn tỉ lệ thuận với bước sóng ánh sáng tương ứng với phôtôn đó.

B. một phôtôn bằng năng lượng nghỉ của một êlectron.

C. một phôtôn phụ thuộc vào vào cách từ phôtôn đó tới nguồn phát ra nó.

D. các phôtôn trong chùm sáng đơn sắc bằng nhau.

Lời giải:

Theo thuyết lượng tử ánh sáng thì năng lượng của các phôtôn trong chùm sáng đơn sắc bằng nhau.

Chọn D

Bài 30.11 trang 85 SBT Vật Lí 12: Công thoát êlectron của một kim loại là $7, {64.10}^{- 19} J .$ Chiếu lần lượt vào bề mặt tấm kim loại này các bức xạ có bước sóng là $λ_{1} = 0, 18 μ m; λ_{2} = 0, 21 μ m$ và $λ_{3} = 0, 35 μ m .$ Lấy $h = 6, {625.10}^{- 34} J . s; c = {3.10}^{8} m / s .$ Bức xạ nào gây được hiện tượng quang điện đối với kim loại đó?

A. Không có bức xạ nào trong ba bức xạ nói trên.

B. Cả ba bức xạ ( $λ_{1}, λ_{2}$ và $λ_{3}) .$

C. Hai bức xạ $λ_{1}$ và $λ_{2} .$

D. Chỉ có bức xạ $λ_{1} .$

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức $A = \frac{h c}{λ_{0}}$

Sử dụng điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện $λ \leq λ_{0}$

Lời giải:

Ta có công thoát $A = \frac{h c}{λ_{0}} \Rightarrow λ_{0} = \frac{h c}{A} = \frac{6, {625.10}^{- 34} {.3 .10}^{8}}{7, {64.10}^{- 19}} = 0, {26.10}^{- 6} m = 0, 26 μ m$

Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện $λ \leq λ_{0}$

Vậy bức xạ $λ_{1}; λ_{2}$ gây được hiện tượng quang điện đối với kim loại trên

Chọn C

Bài 30.12 trang 85 SBT Vật Lí 12: Khi nói về thuyết lượng tử, phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Năng lượng của phôtôn càng nhỏ thì cường độ của chùm sáng càng nhỏ.

B. Năng lượng của phôtôn càng lớn thì tần số của ánh sáng ứng với phôtôn đó càng nhỏ.

C. Phôtôn có thể chuyển động hay đứng yên tùy thuộc vào nguồn sáng chuyển động hay đứng yên.

D. Ánh sáng được tạo bởi các hạt gọi là phôtôn .

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết về thuyết lượng tử.

Lời giải:

A – sai vì: Năng lượng photon phụ thuộc vào tần số ánh sáng đó.

B – sai vì: Năng lượng của phôtôn càng lớn thì tần số của ánh sáng ứng với phôtôn đó càng lớn.

C – sai vì: Photon không tồn tại trạng thái đứng yên.

D – đúng

Chọn D

Bài 30.13 trang 85 SBT Vật Lí 12: Một kim loại có công thoát là $7, {2.10}^{- 19} J .$ Chiếu lần lượt vào kim loại này các bức xạ có bước sóng là $λ_{1} = 0, 18 μ m; λ_{2} = 0, 21 μ m; λ_{3} = 0, 32 μ m$ và $λ_{4} = 0, 35 μ m .$ Những bức xạ có thể gây ra hiện tượng quang điện ở kim loại màu có bước sóng là

A. $λ_{1}, λ_{2}$ và $λ_{3} .$

B. $λ_{1}$ và $λ_{2} .$

C. $λ_{2}, λ_{3}$ và $λ_{4} .$

D. $λ_{3}$ và $λ_{4} .$

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức $A = \frac{h c}{λ_{0}}$

Sử dụng điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện $λ \leq λ_{0}$

Lời giải:

Ta có công thoát $A = \frac{h c}{λ_{0}} \Rightarrow λ_{0} = \frac{h c}{A} = \frac{6, {625.10}^{- 34} {.3 .10}^{8}}{7, {2.10}^{- 19}} = 0, {276.10}^{- 6} m = 0, 276 μ m$

Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện $λ \leq λ_{0}$

Vậy bức xạ $λ_{1}; λ_{2}$ gây được hiện tượng quang điện đối với kim loại trên

Chọn B

Bài 30.14 trang 85 SBT Vật Lí 12: Công thoát êlectron của một kim loại là $A = 1, 88 e V .$ Giới hạn quang điện của kim loại này có giá trị là

A. $550 n m .$ B. $1057 n m .$

C. $220 n m .$ D. $661 n m .$

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức $A = \frac{h c}{λ_{0}}$

Sử dụng đổi đơn vị: $1 e V = 1, {6.10}^{- 19} J$

Lời giải:

Ta có công thoát $A = \frac{h c}{λ_{0}} \Rightarrow λ_{0} = \frac{h c}{A} = \frac{6, {625.10}^{- 34} {.3 .10}^{8}}{1, 88.1, {6.10}^{- 19}} = 0, {661.10}^{- 6} m = 661 n m$

Chọn D

Bài 30.15 trang 85 SBT Vật Lí 12: Hiện tượng quang điện ngoài là hiện tượng êlectron bị bứt ra khỏi kim loại khi

A. cho dòng điện chạy qua tấm kim loại này.

B. tấm kim loại này bị nung nóng bởi một nguồn nhiệt.

C. chiếu vào tấm kim loại này một bức xạ điện từ có bước sóng thích hợp.

D. chiếu vào tấm kim loại này một chùm hạt nhân heli.

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết về hiện tượng quang điện.

Lời giải:

Hiện tượng quang điện ngoài là hiện tượng êlectron bị bứt ra khỏi kim loại khi chiếu vào tấm kim loại này một bức xạ điện từ có bước sóng thích hợp.

Chọn C

Bài 30.16 trang 86 SBT Vật Lí 12: Giới hạn quang điện của đồng là $0, 30 μ m .$ Tính công thoát của êlectron khỏi đồng ra jun và ra êlectron vôn (eV).

Cho $h = 6, {62.10}^{- 34} J . s; c = {3.10}^{8} m / s; - e = - 1, {6.10}^{- 19} C .$

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức $A = \frac{h c}{λ_{0}}$

Sử dụng đổi đơn vị: $1 e V = 1, {6.10}^{- 19} J$

Lời giải:

Ta có công thoát $A = \frac{h c}{λ_{0}} = \frac{6, {625.10}^{- 34} {.3 .10}^{8}}{0, {3.10}^{- 6}} = 6, {625.10}^{- 19} J = 4, 14 e V$

Bài 30.17 trang 86 SBT Vật Lí 12: Giới hạn quang điện của bạc là $0, 260 \pm 0, 001 μ m .$ Công thoát êlectron khỏi bạc sẽ nằm trong phạm vi nào?

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức: $A = \frac{h c}{λ_{0}}$

Lời giải:

Ta có $A = \frac{h c}{λ_{0}} = \frac{6, {625.10}^{- 34} {.3 .10}^{8}}{0, {26.10}^{- 6}} = 7, {644.10}^{- 19} J$

$A = \frac{h c}{λ_{0}}$

Lấy đạo ln hai vế: $\ln A = \ln (h c) - \ln λ_{0}$

Lấy đạo hàm hai vế: $\frac{Δ A}{A} = \frac{Δ λ_{0}}{λ_{0}} \Rightarrow Δ A = \frac{Δ λ_{0}}{λ_{0}} . A = \frac{0, 001}{0, 26} .7, {644.10}^{- 19} = 0, {029.10}^{- 19} J$

Vậy $A = 7, {644.10}^{- 19} \pm 0, {029.10}^{- 19} (J)$

Bài 30.18 trang 86 SBT Vật Lí 12: Cho biết công thoát êlectron khỏi kẽm là

3, 55 \pm 0, 01 e V .

Ánh sáng có bước sóng nằm trong khoảng nào có khả năng gây ra hiện tượng quang điện ở kẽm?

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức: $A = \frac{h c}{λ_{0}}$

Lời giải:

Ta có $A = \frac{h c}{λ_{0}} \Rightarrow λ_{0} = \frac{h c}{A} = \frac{6, {625.10}^{- 34} {.3 .10}^{8}}{3, 55.1, {6.10}^{- 19}} = 0, {35.10}^{- 6} m = 0, 35 μ m$ $λ_{0} = \frac{h c}{A}$

Ta có $λ_{0} = \frac{h c}{A}$

Lấy ln hai vế: Lấy đạo ln hai vế: $\ln λ_{0} = \ln (h c) - \ln A$

Lấy đạo hàm hai vế: $\frac{Δ λ_{0}}{λ_{0}} = \frac{Δ A}{A} \Rightarrow Δ λ_{0} = \frac{Δ A}{A} . λ_{0} = \frac{0, 01}{3, 55} .0, 35 = 0, 001 μ m$

Vậy $λ_{0} = 0, 350 \pm 0, 001 (μ m)$

Bài 30.19 trang 86 SBT Vật Lí 12: Một chùm sáng da cam, song song, không đơn sắc, có hai thành phần là ánh sáng đỏ $(0, 75 μ m)$ và ánh sáng vàng ( $0, 55 μ m) .$ Cường độ của chùm sáng là $1 W / m^{2} .$ Ta hiểu cường độ của chùm sáng là lượng năng lượng ánh sáng mà chùm tia sáng tải qua một đơn vị diện tích, đặt vuông góc với các tia sáng, trong một đơn vị thời gian. Cho rằng cường độ của thành phần ánh sáng đỏ và cường độ của thành phần ánh sáng vàng trong chùm sáng là như nhau. Tính số phôtôn ánh sáng đỏ và số phôtôn ánh sáng vàng chuyển qua một diện tích $1 c m^{2},$ đặt vuông góc với các tia sáng trong chùm, trong một đơn vị thời gian.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính số photon phát ra $n = \frac{Q}{ε}$

Lời giải:

+ Năng lượng một photon đỏ là: $ε_{d} = \frac{h c}{λ_{d}} = \frac{6, {625.10}^{- 34} {.3 .10}^{8}}{0, {75.10}^{- 6}} = 2, {65.10}^{- 19} J$

+ Lượng năng lượng mà ánh sáng đỏ truyền qua $1 c m^{2}$ đặt vuông góc với các tia sáng trong chùm, trong một đơn vị thời gian.

là $Q_{d} = \frac{P}{2} . S . t = \frac{1}{2} {.10}^{- 4} = 0, {5.10}^{- 4} J$

+ Số số phôtôn ánh sáng đỏ và số phôtôn ánh sáng vàng chuyển qua một diện tích $1 c m^{2},$ đặt vuông góc với các tia sáng trong chùm, trong một đơn vị thời gian: $n_{d} = \frac{Q_{d}}{ε_{d}} = \frac{0, {5.10}^{- 4}}{2, {65.10}^{- 19}} = 1, {88.10}^{14} (p h o t o n)$

+ Năng lượng một photon vàng là: $ε_{v} = \frac{h c}{λ_{v}} = \frac{6, {625.10}^{- 34} {.3 .10}^{8}}{0, {55.10}^{- 6}} = 3, {61.10}^{- 19} J$

+ Lượng năng lượng mà ánh sáng vàng truyền qua $1 c m^{2}$ đặt vuông góc với các tia sáng trong chùm, trong một đơn vị thời gian.

là $Q_{v} = \frac{P}{2} . S . t = \frac{1}{2} {.10}^{- 4} = 0, {5.10}^{- 4} J$

+ Số số phôtôn ánh sáng vàng chuyển qua một diện tích $1 c m^{2},$ đặt vuông góc với các tia sáng trong chùm, trong một đơn vị thời gian: $n_{v} = \frac{Q_{v}}{ε_{v}} = \frac{0, {5.10}^{- 4}}{3, {61.10}^{- 19}} = 1, {38.10}^{14} (p h o t o n)$

Bài 30.20 trang 86 SBT Vật Lí 12: Một nguồn phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng

0, 30 μ m .

Công suất của nguồn là

25 W .

a) Tính số phôtôn mà nguồn phát ra trong $1 s .$

b) Chiếu dòng ánh sáng do nguồn phát ra vào mặt một tấm kẽm (có giới hạn quang điện là $0, 35 μ m) .$ Cho rằng năng lượng mà quang êlectron hấp thụ một phần dùng để giải phóng nó, phần còn lại hoàn toàn biến thành động năng của nó. Hãy tính động năng này.

Lấy $h = 6, {62.10}^{- 34} J . s; c = {3.10}^{8} m / s .$

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức số photon phát ra trong một đơn vị thời gian: $n = \frac{P}{ε}$

Sử dụng công thức $ε = A + W_{d}$

Lời giải:

a) Năng lượng photon ánh sáng đơn sắc: $ε = \frac{h c}{λ} = \frac{6, {625.10}^{- 34} {.3 .10}^{8}}{0, {3.10}^{- 6}} = 6, {625.10}^{- 19} J$

Số photon phát ra trong một đơn vị thời gian: $n = \frac{P}{ε} = \frac{25}{6, {625.10}^{- 19}} = 3, {77.10}^{19} (p h o t o n)$

b) Ta có

$\begin{array}{l} ε = A + W_{d} = \frac{h c}{λ_{0}} + W_{d} \\ \Rightarrow W_{d} = ε - \frac{h c}{λ_{0}} \\ = 6, {625.10}^{- 19} - \frac{6, {625.10}^{- 34} {.3 .10}^{8}}{0, {35.10}^{- 6}} \\ = 0, {95.10}^{- 19} J \end{array}$

Xem thêm các chương trình khác:

Bài trước

Bài sau

Giải SGK, SBT, Chuyên đề Vật Lý Lớp 12