Chuyên đề Vật lí 12 Cánh diều Bài 1. Năng lượng photon và hiệu ứng quang điện có đáp án

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?

Vì sao trong thí nghiệm ở  Hình 1.2, hai lá của điện nghiệm lại xoè ra khi tích điện âm cho tấm kẽm?

Vẽ được đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa cường độ dòng điện I và hiệu điện thế U_AK giữa anode và cathode của tế bào quang điện.

Dụng cụ:

- 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 U_AK (7)

- Đồng hồ đo hiệu điện thế U_AK (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 U_AK

• 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 U_AK

Chọn LED màu lam.

* Với U_AK > 0

• Điều chỉnh (7) để thay đổi U_AK

• 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 U_AK và I; có thể chọn giá trị U_AK ở mỗi lần đo cách nhau 2 V hoặc 4 V).

* Với U_AK < 0

• Làm tương tự các bước thí nghiệm trên (Đo ít nhất 8 giá trị; có thể chọn giá trị U_AK 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 U_AK

Với một chùm sáng đơn sắc có bước sóng $\lambda \le {\lambda }_0$ và cường độ sáng nhất định, vì sao khi tăng hiệu điện thế U_AK đến một giá trị xác định nào đấy thì cường độ dòng quang điện lại không tăng nữa.

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.

Tính bước sóng của bức xạ ứng với photon có năng lượng là  8,2.10^-20 J

Chùm sáng là chùm photon nhưng vì sao ta nhìn thấy chùm sáng liên tục.

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.

b) Tốc độ của proton.

Vì sao các electron ở trong khối kim loại, khi bị bứt ra, lại có động năng ban đầu nhỏ hơn $\frac{m{v}_{o\max }^2}{2}$?

Giới hạn quang điện của natri là 0,50 um. Chiếu vào natri tia tử ngoại có bước sóng 0,25 um. Tính động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện.

Vận dụng công thức (1.5), hãy giải thích định luật về động năng ban đầu cực đại của electron quang điện.

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.