Câu hỏi trang 48 Câu hỏiMở đầu (MĐ)
Chúng ta đã biết nhiều hiện tượng chứng tỏ ánh sáng là sóng điện từ, ví dụ như sự giao thoa ánh sáng. Ngoài tính chất sóng, ánh sáng còn có tính chất nào khác ? Hiện tượng nào chứng tỏ ánh sáng có tính chất đó?
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
Ngoài tính chất sóng, ánh sáng còn có tính chất:
- Tính chất lượng tử : Hiện tượng quang điện, hiện tượng quang hoá học
- Tính chất hạt
- Tính chất lưỡng tính sóng, hạt.
Ví dụ: Hiện tượng quang điện: Khi chiếu ánh sáng lên bề mặt kim loại, nếu năng lượng photon lớn hơn hoặc bằng năng lượng tối thiểu cần thiết để giải phóng electron khỏi nguyên tử kim loại, electron sẽ được giải phóng và tạo ra dòng điện.
Câu hỏi trang 49 Câu hỏi
Vì sao trong thí nghiệm ở Hình 1.2, hai lá của điện nghiệm lại xoè ra khi tích điện âm cho tấm kẽm?
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
Bởi vì khi tích điện âm cho tấm kẽm, thì nó nhận thêm electron khiến tấm kẽm thừa điện tích âm, chính điện tích âm thừa này đã tạo ra điện trường, lực hút của điện trường làm cho các điện tích dương trong hai lá kim loại chuyển động về hai đầu lá, dẫn đến hai lá của điện nghiệm xoè ra do lực đẩy của các điện tích dương.
Câu hỏi trang 51 TN
Vẽ được đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa cường độ dòng điện I và hiệu điện thế UAK giữa anode và cathode của tế bào quang điện.
- Tế bào quang điện chân không, cathode phủ chất nhạy quang Sb-Ce, có hộp bảo vệ (1).
- Hộp gồm ba LED đỏ, lục, lam, công suất mỗi LED 3W và điều chỉnh được cường độ sáng (2).
Hộp chân đế có tích hợp:
- Núm chọn LED (3)
- Núm điều chỉnh cường độ sáng của LED (4)
- Đồng hồ đo cường độ dòng quang điện I (μA) (5)
- Chuyển mạch đo thuận hoặc nghịch (6)
- Điều chỉnh hiệu điện thế UAK (7)
- Đồng hồ đo hiệu điện thế UAK (V) (8)
Phương án thí nghiệm
- Tìm hiểu công dụng của từng dụng cụ đã cho
- Thiết kế phương án thí nghiệm khảo sát dòng quang điện bằng dụng cụ này.
Tiến hành
Lắp đặt các dụng cụ như Hình 1.5.
a) Tiến hành thí nghiệm với các ánh sáng đơn sắc khác nhau
Bật công tắc nguồn phía sau hộp chân đế.
• Chọn LED màu lam.
• Điều chỉnh (7) để thay đổi UAK
• Đọc và ghi số chỉ của vôn kế và ampe kế vào vở theo mẫu ở Bảng 1.1.
• Thực hiện lại các bước thí nghiệm trên với LED màu lục và LED màu đỏ.
b) Tiến hành thí nghiệm khảo sát mối liên hệ giữa cường độ dòng quang điện và hiệu điện thế UAK
Chọn LED màu lam.
* Với UAK > 0
• Điều chỉnh (7) để thay đổi UAK
• Đọc và ghi số chỉ của vôn kế và ampe kế vào vở theo mẫu Bảng 1.2. (Đo ít nhất 10 giá trị khác nhau của UAK và I; có thể chọn giá trị UAK ở mỗi lần đo cách nhau 2 V hoặc 4 V).
* Với UAK
• Làm tương tự các bước thí nghiệm trên (Đo ít nhất 8 giá trị; có thể chọn giá trị UAK ở mỗi lần đo cách nhau khoảng 0,1 V).
Kết quả
Vẽ đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa cường độ dòng điện I và hiệu điện thế UAK
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa cường độ dòng điện I và hiệu điện thế UAK
Câu hỏi trang 51 Câu hỏi
Từ kết quả thu được, hãy dự đoán hình dạng của đồ thị khi tăng UAK. Giải thích dự đoán này.
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
Khi tăng UAK thì đến một giá trị nào đấy cường độ dòng điện không tăng nữa
Câu hỏi trang 52 Câu hỏi
Với một chùm sáng đơn sắc có bước sóng và cường độ sáng nhất định, vì sao khi tăng hiệu điện thế UAK đến một giá trị xác định nào đấy thì cường độ dòng quang điện lại không tăng nữa.
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
Advertisements (Quảng cáo)
Bởi vì số lượng electron quang điện được giải phóng không phụ thuộc vào hiệu điện thế UAK mà phụ thuộc vào năng lượng photon trong chùm sáng kích thích.
Khi mà hiệu điện thế UAK đến một giá trị xác định, các electron trong quang điện di chuyển từ catot đến anot thì một lúc nào đó cường độ dòng quang điện sẽ đạt giá trị bão hoà và không tăng thêm nữa.
Câu hỏi trang 52 Luyện tập (LT)
Cường độ dòng quang điện bão hoà là 4,0.10-5A. Trong mỗi giây có bao nhiêu electron bị bứt ra khỏi cathode của tế bào quang điện.
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
Trong mỗi giây có số electron bị bứt ra khỏi cathode của tế bào quang điện là: \(n = \frac{{{{4.10}^{ - 5}}}}{{{{1,6.10}^{ - 19}}}} = {2,5.10^{14}}\)
Câu hỏi trang 54 Luyện tập (LT)
Tính bước sóng của bức xạ ứng với photon có năng lượng là 8,2.10-20 J.
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
Bước sóng của bức xạ ứng với photon có năng lượng là 8,2.10-20 J: \(\lambda = \frac{{hc}}{\varepsilon } = \frac{{{{6,626.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{{{{8,2.10}^{ - 20}}}} = {2,42.10^{ - 6}}m\)
Câu hỏi trang 54 Câu hỏi
Chùm sáng là chùm photon nhưng vì sao ta nhìn thấy chùm sáng liên tục.
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
Vì: số lượng photon trong chùm sáng thường rất lớn, với mật độ photon trong chùm sáng vượt quá khả năng phân biệt của mắt người khiến ta nhìn thấy chùm sáng liên tục.
Hơn nữa, một phần cũng do hiện tượng nhiễu xạ tạo nên cảm giác về chùm sáng liên tục. Khi ánh sáng truyền qua môi trường, nó bị nhiễu xạ bởi các hạt vật chất, làm mờ các vạch tối giữa các photon và tạo ra hiệu ứng liên tục.
Câu hỏi trang 55 Luyện tập (LT) 1
Một photon được gia tốc từ trạng thái nghỉ bằng một hiệu điện thế 1500 V. Biết photon có điện tích là 1,60.10-19C và khối lượng là 1,67.10-27 kg.
Tính:
a) Động năng của photon sau khi được tăng tốc.
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
a) Động năng của photon sau khi được tăng tốc là: \({{\rm{W}}_d} = qU = {1,6.10^{ - 19}}.1500 = {2,4.10^{ - 16}}J\)
Câu hỏi trang 55 Luyện tập (LT) 2
Một photon được gia tốc từ trạng thái nghỉ bằng một hiệu điện thế 1500 V. Biết photon có điện tích là 1,60.10-19C và khối lượng là 1,67.10-27 kg.
Tính:
b) Tốc độ của proton.
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
b) Tốc độ của proton là:
\({{\rm{W}}_d} = \frac{1}{2}m{v^2} \Rightarrow \frac{1}{2}{.1,67.10^{ - 27}}.{v^2} = {2,4.10^{ - 16}} \Rightarrow v = {5,36.10^5}m/s\)
Câu hỏi trang 56 Câu hỏi
Vì sao các electron ở trong khối kim loại, khi bị bứt ra, lại có động năng ban đầu nhỏ hơn \(\frac{{mv_{o\max }^2}}{2}\)
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
Khi một electron có năng lượng cao hơn năng lượng công thoát bứt ra khỏi nguyên tử, nó có thể truyền năng lượng cho một electron khác trong nguyên tử, khiến electron này cũng được giải phóng. Hơn nữa electron này có thể có năng lượng động năng nhỏ hơn năng lượng công thoát vì nó không nhận được toàn bộ năng lượng của electron đầu tiên. Một lý do khác nữa là trong kim loại các electron tự do di chuyển và va chạm, các va chạm này có thể làm giảm năng lượng động năng.
Câu hỏi trang 56 Luyện tập (LT)
Giới hạn quang điện của natri là 0,50 µm. Chiếu vào natri tia tử ngoại có bước sóng 0,25 µm.
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện là:
\(\frac{{hc}}{\lambda } = \frac{{hc}}{{{\lambda _0}}} + {{\rm{W}}_{d\max }} \Rightarrow \frac{{{{6,626.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{{{{0,25.10}^{ - 6}}}} = \frac{{{{6,626.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{{{{0,5.10}^{ - 6}}}} + {{\rm{W}}_{d\max }} \Rightarrow {{\rm{W}}_{d\max }} = {3,9756.10^{ - 19}}J\)
Câu hỏi trang 57 Luyện tập (LT)
Vận dụng công thức (1.5), hãy giải thích định luật về động năng ban đầu cực đại của electron quang điện.
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
Động năng ban đầu cực đại của electron quang điện tỉ lệ nghịch với bước sóng của ánh sáng kích thích.
Bước sóng càng ngắn, năng lượng photon càng cao, động năng ban đầu cực đại của electron quang điện càng lớn.
Bước sóng càng dài, năng lượng photon càng thấp, động năng ban đầu cực đại của electron quang điện càng nhỏ.
Giới hạn quang điện của một kim loại là bước sóng dài nhất có thể làm cho electron kim loại đó bị bứt ra khỏi nguyên tử. Khi chiếu sáng kim loại bằng ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện thì động năng ban đầu cực đại của electron quang điện đạt được giá trị tối đa và không phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng kích thích.
Câu hỏi trang 57 Vận dụng (VD)
Thảo luận với bạn để mô tả sự truyền năng lượng của photon cho kim loại khi photon có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang điện của kim loại.
Vận dụng lý thuyết năng lượng photon và hiệu ứng quang điện
Ví dụ: khi chiếu sáng natri bằng ánh sáng có bước sóng 0,35 µm nó nhỏ hơn giới hạn quang điện của natri là 0,60 µm thì photon có thể bứt ra electron khỏi nguyen tử natri. Năng lượng photon truyền cho electron quang điện dưới dạng động năng.