Với tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 12 Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng hay, chi tiết cùng với 29 câu hỏi trắc nghiệm chọn lọc có đáp án giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Vật Lí lớp 12.

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

A. Lý thuyết Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

I) Hiện tượng quang điện.

     - Thí nghiệm chiếu ánh sáng từ hồ quang tới một tấm kẽm tích điện âm đang được nối với tĩnh điện kế.

     - Kết quả: góc lệch của tĩnh điện kế giảm, chứng tỏ miếng kẽm đã bị mất bớt electron.

     - Khái niệm: Hiện tượng ánh sáng làm bật electron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài.

II) Các định luật quang điện:

     - Định luật quang điện thứ nhất (định luật về giới hạn quang điện)

     Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng ? nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng λ₀. λ₀ được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó.

     λ ≤ λ₀

     - Định luật quang điện thứ hai (định luật về cường độ dòng quang điện bão hòa)

     Đối với mỗi ánh sáng thích hợp (λ ≤ λ₀) cường độ dòng quang điện bão hòa tỷ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích.

     - Định luật quang điện thứ ba (định luật về động năng cực đại của quang electron)

     Động năng ban đầu cực đại của quang electron không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại.

III) Thuyết lượng tử ánh sáng.

     - Giả thuyết lượng tử năng lượng của Plăng.

     Năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định, gọi là lượng tử năng lượng. KH là ε, có giá trị bằng: ε=hf

     Trong đó f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay phát xạ.

     h là hằng số Plăng h = 6,625.10^-34(J.s)

     - Thuyết lượng tử ánh sáng:

         +) Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn. Cường độ chùm sáng tỷ lệ với số phôtôn phát ra trong 1 giây

         +) Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau và mang năng lượng ε = hf.

         +) Trong chân không phôtôn bay với tốc độ c = 3.10⁸(m/s) dọc theo các tia sáng. Phôtôn không bao giờ đứng yên

         +) Mỗi lần nguyên tử hấp thụ hay phát xạ ánh sáng thì chúng hấp thụ hay phát xạ một phôtôn.

     - Giải thích các định luật quang điện

         +) Công thức Anh-xtanh về hiện tượng quang điện.

     Trong hiện tượng quan điện, phô tôn truyền toàn bộ năng lượng ε cho electron. Năng lượng này dùng để: Cung cấp năng lượng để electron thắng lực liên kết để bứt ra gọi là công thoát A

     Truyền cho electrton một động năng ban đầu W_đ.

     Truyền một phần năng lượng H cho mạng tinh thể.

     Khi electron ở ngay trên bề mặt thì H = 0 khi đó bảo toàn năng lượng ta có:

         +) Giải thích các định luật quang điện.

     Định luật quang điện thứ nhất:

     Theo (1) ta có: 

     Định luật quang điện thứ hai:

     Cường độ dòng quang điện bão hòa I_bh ~ số electron bật ra n_e ~ số phôtôn chiều tới n_p ~ cường độ chùm sáng.

     Định luật quang điện thứ ba:

     Theo (1) ta có:

IV) Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng:

     - Có nhiều hiện tượng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng như: nhiễu xạ, giao thoa, tán sắc,...

     - Cũng có nhiều hiện tượng chứng tỏ ánh sáng có tích chất hạt như: hiện tượng quang điện, khả năng đâm xuyên, tác dụng phát quang,...

     → Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chạt hạt hay ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt

B. Trắc nghiệm Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

Câu 1: Tất cả cá phôtôn trong chân không có cùng:

A. tốc độ        B. bước sóng

C. năng lượng        D. tần số

- Tất cả các phôtôn trong chân không có cùng tốc độ c = 3.10⁸ m/s

Chọn đáp án A

Câu 2: Chọn phát biểu đúng về hiện tượng quang điện:

A. Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi tần số của ánh sáng kích thích nhỏ hơn tần số giới hạn f_o nào đó.

B. Các phôtôn quang điện luôn bắn ra khỏi kim loại theo phương vuông góc với bề mặt kim loại.

C. Giới hạn quang điện phụ thuộc vào bản chất kim loại.

D. Giới hạn quang điện của kim loại tỉ lệ với công thoát êlectron của kim loại.

+ Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λ₀ của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện (λ ≤ λ0).

+ Giới hạn quang điện (λ₀) của mỗi kim loại là đặc trưng riêng của kim loại đó.

+ Các phôtôn quang điện luôn bắn ra khỏi kim loại theo mọi phương.

+ Giới hạn quang điện của kim loại tỉ lệ nghịch với công thoát êlectron của kim loại.

Chọn đáp án D

Câu 3: Hiện tượng quang điện là hiện tượng êlectron bị bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại:

A. khi tấm kim loại bị nung nóng.

B. nhiễm điện do tiếp xúc với một vật nhiễm điện khác.

C. do bất kì nguyên nhân nào.

D. khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó.

- Hiện tượng quang điện là hiện tượng êlectron bị bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó.

Chọn đáp án D

Câu 4: Công thoát êlectron của kim loại phụ thuộc vào:

A. bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại

B. bản chất của kim loại

C. cường độ của chùm sáng kích thích

D. bước sóng của ánh sáng kích thích

- Công thoát êlectron của kim loại phụ thuộc vào bản chất của kim loại.

Chọn đáp án B

Câu 5: Tìm phát biểu sai khi nói về thuyết lượng tử ánh sáng:

A. Nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà thành từng phần riêng biệt, đứt quãng.

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

C. Năng lượng của các phôtôn ánh sáng là như nhau, không phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.

D. Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử ánh sáng không thay đổi và không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng.

- Năng lượng của các phôtôn ánh sáng là khác nhau, phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.

Chọn đáp án C

Câu 6: Công thoaát của êlectron khỏi bề mặt nhôm là 3,46 eV. Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện đối với nhôm là ánh sáng kích thích phải có bước sóng thỏa mãn:

A. λ≤ 0,18 μm        B. λ > 0,18 μm

C. λ ≤0,36 μm        D. λ > 0,36 μm

- Công thoát của êlectron khỏi bề mặt nhôm là 3,46 eV.

- Suy ra bước sóng giới hạn quang điện của nhôm là:

- Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện đối với nhôm là ánh sáng kích thích phải có bước sóng thỏa mãn: λ ≤ 0,36 µm.

Chọn đáp án C

Câu 7: Một nguồn phát ra ánh sáng đơn sắc bước sóng λ = 0,50 μm. Số photon mà nguồn phát ra trong 1 phút là N=2,5.10¹⁸. Công suất phát xạ của nguồn là:

A. 16,6 mW        B. 8,9 mW

C. 5,72 mW        D. 0,28 mW

- Công suất phát xạ của nguồn là:

Chọn đáp án A

Câu 8: Chiếu ánh sáng có bước sóng λ = 0,542 μm vào catôt của một tế bào quang điện (một dụng cụ chân không có hai điện cực là catôt nối với cực âm và anôt nối với cực dương của nguồn điện) thì có hiện tượng quang điện. Công suất của chùm sáng chiếu tới là 0,625 W, biết rằng cứ 100 photon tới catôt thì có 1 êlectron bứt ra khỏi catôt. Khi đó cường độ dòng quang điện bão hòa có giá trị là:

A. 2,72 mA        B. 2,04 mA

C. 4,26 mA        D. 2,57 mA

- Vì cứ 100 photon tới catôt thì có 1 êlectron bứt ra khỏi catôt nên trong mỗi giây, số êlectron bứt ra khỏi catôt là:

- Khi đó cường độ dòng quang điện bão hòa có giá trị là:

Chọn đáp án A

Câu 9: Cho hằng số Plăng h = 6,625.10^-34 J.s ; tốc độ ánh sáng trong chân không c=3.10⁸ m/s. Một nguồn phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,51 μm. Công suất bức xạ của nguồn là 2,65 W. Số photon mà nguồn phát ra trong 1 giây là:

A. 6,8.10¹⁸        B. 2,04.10¹⁹

C. 1,33.10²⁵        D. 2,57.10¹⁷

- Số photon mà nguồn phát ra trong 1 giây là:

Chọn đáp án A

Câu 10: Công thoát êlectron của một kim loại 2 eV. Trong số bốn bức xạ sau đây, bức xạ không gây ra được hiện tượng quang điện khi chiếu vào tấm kim loại nói trên có

A. bước sóng 450 nm

B. bước sóng 350 nm

C. tần số 6,5.10¹⁴ Hz

D. tần số 4,8.10¹⁴ Hz

- Giới hạn quang điện và tần số giới hạn là:

Chọn đáp án D

Câu 11: Kim loại làm catốt của tế bào quang điện có giới hạn quang điện λ₀. Chiếu lần lượt tới bề mặt catốt hai bức xạ có bước sóng λ₁ = 0,4 µm và λ₂ = 0,5 µm thì vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron bắn ra khác nhau 1,5 lần.

- Cho biết năng lượng của một photon khi chiếu tới bề mặt catốt của tế bào quang điện thì bị hấp thụ hoàn toàn, năng lượng đó dùng để cung cấp cho electron ở bề mặt công thoát và cung cấp cho electron đó một động năng ban đầu cực đại. Giới hạn quang điện λ₀ là:

A. 0,6 µm.        B. 0,625 µm.

C. 0,775 µm.      D. 0,25 µm.

- Ta có:

- Áp dụng công thức Einstein về hiệu ứng quang điện cho hai trường hợp ta có:

 

Chọn đáp án B

Câu 12: Lần lượt chiếu ánh sáng màu tím có bước sóng 0,39µm và ánh sáng màu lam có bước sóng vào một mẫu kim loại có công thoát là 2,48eV. Ánh sáng nào có thể gây ra hiện tượng quang điện?

A. Chỉ có màu lam.

B. Cả hai đều không.

C. Cả màu tím và màu lam.

D. Chỉ có màu tím.

- Giới hạn quang điện của kim loại:

- Bước sóng của ánh sáng tím và lam đều nhỏ hơn giới hạn quang điện ⇒ khi chiếu vào kim loại đều gây ra hiện tượng quang điện.

Chọn đáp án C

Câu 13: Chiếu một bức xạ có bước sóng 0,48 µm lên một tấm kim loại có công thoát là 2,4.10^-19J. Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các electron quang điện và cho chúng đi vào không gian có điện trường đều, theo hướng vectơ cường độ điện trường.

- Biết cường độ điện trường có giá trị 1000V/m. Quãng đường tối đa mà electron chuyển động được theo chiều vectơ cường độ điện trường là:

A. 0,83cm      B. 1,53cm

C. 0,37cm      D. 0,109cm

- Áp dụng Định luật Anhxtanh về quang điện:

- Khi chuyển động trong điện trường do lực cản của điện trường nên electron dừng lại sau khi đi được quãng đường s.

- Áp dụng định lí biến thiên động năng có:

Chọn đáp án D

Câu 14: Công thoát của kẽm là 3,5eV. Biết độ lớn điện tích nguyên tố là e = 1,6.10^-19C; hằng số Plang h = 6,625.10^-34 Js; vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.10⁸ m/s. Chiếu lần lượt vào bản kẽm ba bức xạ có bước sóng λ₁ = 0,38µm; λ₂ = 0,35µm; λ₃ = 0,30µm. Bức xạ nào có thể gây ra hiện tượng quang điện trên bản kẽm?

A. không có bức xạ

B. hai bức xạ λ₂ và λ₃

C. cả ba bức xạ

D. chỉ một bức xạ λ₃

- Giới hạn quang điện của kẽm là:

- Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện λ ≤ λ₀.

⇒ Hai bức xạ λ₂ và λ₃ có thể gây ra hiện tượng quang điện trên bản kẽm.

Chọn đáp án C

Câu 15: Giới hạn quang điện của canxi là λ₀ = 0,45µm . Tìm công thoát electron ra khỏi bề mặt canxi:

A. 3,12.10^-19 J.      B. 4,5.10^-19 J.

C. 4,42.10^-19 J.      D. 5,51.10^-19 J

- Áp dụng công thức tính:

Chọn đáp án C

Câu 16: Công thoát của êlectron khỏi đồng là 6,625.10^-19 J. Cho h = 6,625.10^-34J.s; c = 3.10⁸ m / s,giới hạn quang điện của đồng là:

A. 0,30 µm.      B. 0,65 µm.

C. 0,15 µm.      D. 0,55 µm.

- Giới hạn quang điện của đồng được xác định bởi biểu thức:

Chọn đáp án A

Câu 17: Chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,4µm vào chất phát quang thì ánh sáng phát quang phát ra có bước sóng 0,6µm. Biết rằng cứ 100 photôn chiếu vào thì có 5 photôn phát quang bật ra. Tỉ số giữa công suất của chùm sáng phát quang và công suất của chùm sáng kích thích bằng:

A. 0,013.      B. 0,067.

C. 0,033.      D. 0,075.

- Ta có:

Chọn đáp án C

Câu 18: Một kim loại có công thoát 4,14 eV. Chiếu lần lượt vào kim loại này các bức xạ có bước sóng λ₁ = 0,18 µm, λ₂ = 0,21 µm, λ₃ = 0,32 µm và λ₄ = 0,35 µm. Những bức xạ có thể gây ra hiện tượng quang điện ở kim loại này có bước sóng là:

A. λ₁, λ₂ và λ₃      B. λ₁ và λ₂

C. λ₂, λ₃ và λ₄      D. λ₃ và λ₄

- Giới hạn quang điện:

- Để xảy hiện tượng quang điện thì: λ ≤ λ₀

⇒ bức xạ gây ra hiện tượng quang điện là λ₁ và λ₂.

Chọn đáp án B

Câu 19: Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,3 µm vào một chất thì chất đó phát quang ánh sáng có bước sóng 0,5 µm. Cho rằng công suất của ánh sáng phát quang chỉ bằng 0,01 công suất của chùm sáng kích thích. Để có một phôtôn ánh sáng phát quang phát ra thì số phôtôn ánh sáng kích thích chiếu vào là:

A. 600.      B. 60.

C. 25.       D. 133.

- Giới hạn quang điện:

Chọn đáp án B

Câu 20: Trong chân không, bức xạ đơn sắc màu vàng có bước sóng 0,589 µm. Năng lượng của phôtôn ứng với bức xạ này là:

A. 0,21 eV.      B. 2,11 eV.

C. 4,22 eV.      D. 0,42 eV.

- Năng lượng của photon ứng với bức xạ này là:

Chọn đáp án B

Câu 21: Biết công thoát êlectron của các kim loại: canxi, kali, bạc và đồng lần lượt là:

   2,89 eV; 2,26 eV; 4,78 eV và 4,14 eV.

- Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,33 µm vào bề mặt các kim loại trên. Hiện tượng quang điện không xảy ra với các kim loại nào sau đây?

A. Kali và đồng.

B. Canxi và bạc.

C. Bạc và đồng.

D. Kali và canxi.

- Điều kiện để gây ra hiện tượng quang điện là: ε ≥ A.

⇒ Kim loại Bạc và Đồng không gây ra hiện tượng quang điện.

Chọn đáp án C

Câu 22: Một nguồn phát ra ánh sáng có bước sóng 662,5 nm với công suất phát sáng là 1,5.10^–4 W. Lấy h = 6,625.10^–34 J.s; c = 3.10⁸ m/s. Số phôtôn được nguồn phát ra trong 1s là:

A. 5.10¹⁴. B. 6.10¹⁴.

C. 4.10¹⁴. D. 3.10¹⁴.

- Ta có:

Chọn đáp án A

Câu 23: Phôtôn của một bức xạ có năng lượng 6,625.10^–19 J. Bức xạ này thuộc miền:

A. sóng vô tuyến.

B. hồng ngoại.

C. tử ngoại.

D. ánh sáng nhìn thấy.

- Ta có:

→ thuộc vùng ánh sáng tử ngoại (< 0,38 µm) .

Chọn đáp án C

Câu 24: Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng λ vào bề mặt một tấm nhôm có giới hạn quang điện 0,36µm. Hiện tượng quang điện không xảy ra nếu λ bằng:

A. 0,24 µm.      B. 0,42 µm.

C. 0,30 µm.      D. 0,28 µm.

- Điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện là: λ ≤ λ₀.

Chọn đáp án B

Câu 25: Chiếu bức xạ có bước sóng λ₁ = 276 nm vào catot của một tế bào quang điện làm bằng nhôm thì hiệu điện thế hãm để triệt tiêu dòng quang điện là 1,08 V. Thay bức xạ trên bằng bức xạ λ₂ = 248 nm và catot làm bằng đồng thì hiệu điện thế hãm để triệt tiêu dòng quang điện là 0,86 V.

- Nếu chiếu đồng thời cả hai bức xạ trên vào catot làm bằng hợp kim gồm đồng và nhôm thì hiệu điện thế hãm có giá trị gần nhất là:

A. 1,58 V.      B. 1,91 V.

C. 0,86 V.      D. 1,05 V.

- Độ lớn của hiệu điện thế hãm:

- Vậy khi chiếu đồng thời cả hai bức xạ λ₁ và λ₂ vào catot là hợp kim đồng và nhôm thì để hiệu điện thế hãm để triệt tiêu dòng quan điện:

   + Ta lấy bước sóng nhỏ hơn (vì λ càng nhỏ thì U_h càng lớn)

   + Công thoát nhỏ hơn (thì U_h càng lớn)

- Vậy khi chiều đồng thời cả hai bức xạ trên thì:

- Hiệu điện thế hãm của hợp kim trên:

Chọn đáp án A

Câu 26: Khi chiếu bức xạ λ vào bề mặt một kim loại thì hiệu điện thế hãm là 4,8 V. Nếu chiếu bằng một bức xạ có bước sóng gấp đôi thì hiệu điện thế hãm là 1,6 V. Giới hạn quang điện của kim loại đó là:

A. 6λ        B. 4λ

C. 3λ        D. 8λ

- Công thức Anh-xtanh về hiện tượng quang điện:

- Khi chiếu hai bức xạ λ và λ₂, ta có:

Chọn đáp án B

Câu 27: Theo mẫu nguyên tử Bo, trong nguyên tử hidro, chuyển động của electron quanh hạt nhân là chuyển động tròn đều. Tỉ số giữa tốc độ của electron trên quỹ đạo L và tốc độ của electron trên quỹ đạo N bằng:

A. 9.        B. 2.

C. 3.        D. 4.

- Lực điện đóng vai trò là lực hướng tâm nên:

- Tỉ số giữa tốc độ của electron trên quỹ đạo L và tốc độ của electron trên quỹ đạo N bằng:

Chọn đáp án B

Câu 28: Kim loại làm catôt của một tế bào quang điện có giới hạn quang điện λ₀. Lần lượt chiếu tới bề mặt catôt hai bức xạ có bước sóng λ₁ = 0,4 µm và λ₂ = 0,5 µm thì vận tốc ban đầu cực đại của electron bắn ra khỏi bề mặt catôt khác nhau 2 lần. Giá trị của λ₀ là:

A. 0,515 µm. B. 0,585 µm.

C. 0,545 µm. D. 0,595 µm.

- Năng lượng photon của bức xạ λ₁:

- Năng lượng photon của bức xạ λ₂:

- Ta có:

- Thay ε₁ và ε₂ vào phương trình trên ta được:

→ Giới hạn quang điện của kim loại trên:

Chọn đáp án C

Câu 29: Một kim loại có công thoát electron là 7,2.10^-19 J. Chiếu lần lượt vào kim loại này các bức xạ có bước sóng λ₁ = 0,18 µm, λ₂ = 0,21 µm, λ₃ = 0,32 µm và λ₄ = 0,35 µm. Những bức xạ có thể gây ra hiện tượng quang điện ở kim loại này có bước sóng là:

- Giới hạn quang điện của kim loại:

- Điều kiện xảy ra quang điện: λ < λ₀

⇒ Các bức xạ gây ra quang điện: λ₁ và λ₂.

Chọn đáp án A