Tham khảo Bảng 7.2 để giải thích vì sao phải sử dụng chùm tia tử ngoại trong thí nghiệm Hertz để tạo ra hiệu ứng quang điện.
Vận dụng kiến thức về hiệu ứng quang điện và năng lượng của photon
Vì tia tử ngoại có bước sóng ngắn, nên năng lượng tác dụng lên tấm kim loại đủ lớn, làm bứt các electron ra khỏi bề mặt kim loại, tạo ra hiệu ứng quang điện.
Các bài tập cùng chuyên đề
Việc áp dụng thuyết lượng tử để giải thích các định luật quang điện đã mang lại giải Nobel cho Einstein năm 1921. Vậy hiệu ứng quang điện là gì và các định luật đó được Einstein giải thích như thế nào?
Góc lệch của kim tĩnh điện kế giảm cho biết điện tích âm của tấm kẽm trong Hình 9.1 tăng hay giảm?
1. Chỉ ra điểm khác biệt giữa thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein và mô hình sóng ánh sáng khi giải thích sự hấp thụ hay phát xạ năng lượng của nguyên tử, phân tử.
2.Hãy ước lượng năng lượng của các photon tương ứng với các bức xạ điện từ cơ bản trong thang sóng điện từ đã học ở Vật lí lớp 11 (sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X, tia γ).
1. Hãy giải thích tại sao khi sử dụng các loại kính hấp thụ tia tử ngoại trước khi các bức xạ chiếu vào tấm kém ở Hình 9.1 thì hiện tượng quang điện không xảy ra.
2.Khi sử dụng bức xạ tử ngoại có bước sóng 320 nm chiếu vào tấm kẽm ở thí nghiệm trong Hình 9.1 thì thấy xuất hiện hiện tượng quang điện. Thí nghiệm này có thể xác định công thoát của electron ở bề mặt tấm kém hay không? Hãy giải thích.
Giới hạn quang điện của đồng (Cu) và của kẽm (Zn) lần lượt là 0,3 μm và 0,35 μm. Hãy tính công thoát A của electron khỏi bề mặt các kim loại trên.
Tế bào quang điện chân không có cathode được phủ chất nhạy quang Sb - Ce trong một bộ thí nghiệm khảo sát dòng quang điện. Khi sử dụng ánh sáng màu xanh lam để khảo sát thì ta có hiệu điện thế hãm Uh = 0,8 V. Hãy xác định tốc độ ban đầu cực đại của quang electron.
Thiết kế phương án:
Hãy quan sát sơ đồ mạch điện trong Hình 9.7 được dùng để khảo sát cường độ dòng quang điện qua tế bào quang điện T và trả lời câu hỏi sau:
a) Tế bào quang điện chân không T có cathode được nối tới điểm F. Anode của T nối với khóa M (khóa M đóng) tới con trỏ được điều chỉnh tới các vị trí N thích hợp. Khi điều chỉnh con trỏ sẽ làm thay đổi hiệu điện thế UAK như thế nào?
b) Cường độ của dòng quang điện đi qua ampe kế sẽ phụ thuộc vào những đại lượng nào?
c) Hãy thiết kế phương án khảo sát dòng quang điện từ các dụng cụ thí nghiệm.
Tiến hành:
1. Lắp đặt thí nghiệm theo sơ đồ mạch điện in trên hộp chân đế với công tắc được ngắt (Hình 9.8). Tế bào quang điện cần tránh ánh sáng bên ngoài chiếu vào. Sơ đồ mạch điện này được mắc như sơ đồ trong Hình 9.7.
2. Đồng hồ đo đấu nối với hai chốt cắm “μA” trên hộp chân đế sẽ là ampe kế đo cường độ dòng quang điện và cần được điều chỉnh vẽ thang đo μA.
3. Đồng hồ đo đấu nối với hai chốt cắm “V” trên hộp chân đế sẽ là vôn kế đo UAK và cần được điều chỉnh về thang đo V.
A. Tiến hành thí nghiệm với các ánh sáng đơn sắc khác nhau
4. Lắp bóng đèn LED màu đỏ vào đui đèn.
5. Bật các công tắc, bật vôn kế và ampe kế.
6. Điều chỉnh biến trở để vôn kế có chỉ số nằm trong khoảng từ 3 V đến 9 V.
7. Đọc chỉ số của ampe kế và ghi kết quả vào vở theo mẫu tương tự Bảng 9.2.
8. Lặp lại các bước 6, 7 với chỉ số của vôn kế tăng dần.
9. Tắt các công tắc, tắt vôn kế và ampe kế, tháo bóng đèn LED ra.
10. Thay bóng đèn LED đỏ bằng bóng đèn LED lục rồi lam và lặp lại các bước 5, 6, 7, 8, 9.
B. Tiến hành thí nghiệm khảo sát cường độ dòng quang điện phụ thuộc hiệu điện thế UAK
11. Lắp bóng đèn LED màu lục (hoạc màu lam) vào đui đèn. Điều chỉnh cường độ sáng của đèn ở mức vừa phải.
12. Bật công tắc, bật vôn kế và ampe kế.
13. Điều chỉnh biến trở đến khi chỉ số của ampe kế vừa tới giá trị bằng 0.
14. Đọc chỉ số của vôn kế và chỉ số của ampe kế rồi ghi số liệu đó vào vở theo mẫu tương tự Bảng 9.3.
15. Tiếp tục điều chỉnh biến trở thêm 6 lần để tăng dần các chỉ số của vôn kế đến khi hai lần cuối cùng chỉ số của ampe kế thay đổi không đáng kể. Mỗi lần đo như vậy cần lặp lại bước 14.
16. Tắt các công tắc, tắt vôn kế và ampe kế.
Từ số liệu thực nghiệm thu được, thực hiện các yêu cầu sau:
1. Nhận xét về giới hạn quang điện của chất nhạy quang Sb - Ce.
2. Vẽ đồ thị đường đặc trưng vôn - ampe (tham khảo Bảng 9.3).
3. Xác định Uh của tế bào quang điện ứng với bước sóng \(\lambda \) được khảo sát.
4. Xác định cường độ dòng quang điện bão hòa.
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?
Từ kết quả thu được, hãy dự đoán hình dạng của đồ thị khi tăng UAK. Giải thích dự đoán này.
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.
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.
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.
Vì sao các electron ở trong khối kim loại, khi bị bứt ra, lại có động năng ban đầu nhỏ hơn \(\frac{{mv_{o\max }^2}}{2}\)
Giới hạn quang điện của natri là 0,50 µm. Chiếu vào natri tia tử ngoại có bước sóng 0,25 µm.
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.
Dự đoán hiện tượng xảy ra nếu trong thí nghiệm của Hertz ở Hình 7.1, ta thay đèn hồ quang bằng nguồn phát ánh sáng nhìn thấy.
Dự đoán hiện tượng xảy ra khi chiếu tia tử ngoại vào bản kẽm tích điện dương trong thí nghiệm của Hertz ở Hình 7.1.
Dựa vào các dụng cụ được gợi ý trong Hình 7.2 để thiết kế phương án thí nghiệm vẽ đường đặc trưng vôn-ampe của tế bào quang điện.
Giải thích vì sao vỏ của tế bào quang điện thường bằng thạch anh.
Quan sát Hình 7.4 và sắp xếp các đường đồ thị (1), (2), (3) theo thứ tự tăng dần của cường độ bức xạ điện từ kích thích.
Từ phương trình (7.4), em hãy nghiệm lại định luật quang điện thứ nhất về giới hạn quang điện.
Vì sao ta không thể sử dụng lí thuyết sóng để giải thích định luật về giới hạn quang điện.
Cường độ dòng quang điện bão hoà có phụ thuộc vào bước sóng của bức xạ điện từ kích thích không? Giải thích.
Thảo luận để rút ra công thức 7.8
Hiệu ứng quang điện có nhiều ứng dụng trong thực tế. Một trong các ví dụ là ống nhân quang điện (PMT - Photomultiplier tube). Trong thiết bị này, dòng quang electron được khuếch đại nhiều lần để tạo thành dòng điện có cường độ lớn. Ống nhân quang điện được sử dụng trong chẩn đoán y tế (xét nghiệm máu, quét ảnh), thiết bị nhìn đêm, máy quét hình ảnh cao cấp, ... Em hãy tìm hiểu trên sách, báo, internet, ... để trình bày tóm tắt về nguyên tắc hoạt động của thiết bị này.
