Giải bài tập SBT Vật Lí 12 Bài tập cuối chương 6: Lượng tử ánh sáng

Hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu chiếu ánh sáng hồ quang vào một tấm kẽm

A. tích điện âm.

B. tích điện dương.

C. không tích điện.

D. được che chắn bằng một tấm thủy tinh dày.

Phương pháp giải

Hiện tượng quang điện hạn chế xảy ra đối với thủy tinh

Hướng dẫn giải

- Hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu chiếu ánh sáng hồ quang vào một tấm kẽm được che chắn bằng một tấm thủy tinh dày.

- Chọn D

Chiếu ánh sáng nhìn thấy vào chất nào dưới đây có thể xảy ra hiện tượng quang điện?

A. Đồng.

B. Bạc.

C. Kẽm.

D. Natri.

Phương pháp giải

Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện λ ≤ λ₀

Hướng dẫn giải

- Chiếu ánh sáng nhìn thấy có thể xảy ra hiện tượng quang điện đối với natri

- Chọn D

Trộn ánh sáng đơn sắc đỏ với ánh sáng đơn sắc vàng thì được ánh sáng màu da cam. Quá trình nào dưới đây đã xảy ra?

A. Tổng hợp một phôtôn ánh sáng đỏ với một phôtôn ánh sáng vàng thành một phôtôn ánh sáng da cam.

B. Tổng hợp sóng điện từ có tần số nhỏ (ứng với ánh sáng đỏ) với sóng điện từ có tần số lớn (ứng với ánh sáng vàng) để được một sóng điện từ có tần số trung gian (ứng với ánh sáng da cam).

C. Vẫn tồn tại hai loại phôtôn riêng rẽ (hay hai sóng điện từ riêng rẽ); nhưng hình thành một cảm giác màu mới.

D. Chuyển hóa năng lượng ánh sáng đỏ và ánh sáng vàng thành năng lượng ánh sáng da cam.

Phương pháp giải

Sử dụng lí thuyết về thuyết lượng tử ánh sáng

Hướng dẫn giải

- Vẫn tồn tại hai loại phôtôn riêng rẽ (hay hai sóng điện từ riêng rẽ); nhưng hình thành một cảm giác màu mới.

- Chọn C

Chiếu ánh sáng hồ quang vào xesi. Thành phần ánh sáng nào dưới đây sẽ không gây ra được hiện tượng quang điện?

A. Thành phần hồng ngoại.

B. Thành phần ánh sáng nhìn thấy được.

C. Thành phần tử ngoại.

D. Cả ba thành phần nêu trên.

Phương pháp giải

Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện λ ≤ λ₀

Hướng dẫn giải

- Giới hạn quang điện của xesi là 0,58μm do vậy ánh sáng hồng ngoại không thể gây ra hiện tượng quang điện đối với xesi

- Chọn A

Chiếu ánh sáng nhìn thấy được vào chất nào dưới đây có thể gây ra hiện tượng quang điện trong?

A. Điện môi.

B. Kim loại.

C. Á kim.

D. Chất bán dẫn.

Phương pháp giải

Khi chiếu ánh sáng thích hợp vào bán dẫn xảy ra hiện tượng quang điện trong

Hướng dẫn giải

- Hiện tượng quang điện trong xảy ra khi ta chiếu ánh sáng thích hợp vào bán dẫn

- Chọn D

Nguồn điện nào dưới đây hoạt động theo nguyên tắc biến quang năng thành điện năng?

A. Pin Vôn-ta.

B. Pin nhiệt-điện.

C. Acquy.

D. Pin Mặt Trời.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được cấu tạo và nguyên lí hoạt động của pin Mặt Trời

Hướng dẫn giải

- Pin Mặt Trời hoạt động theo nguyên tắc biến quang năng thành điện năng

- Chọn D

Sự phát sáng của vật (hay con vật) nào dưới đây thuộc loại quang- phát quang?

A. Núm nhựa phát quang ở các công tắc điện.

B. Chiếc bóng đèn của bút thử điện.

C. Con đom đóm.

D. Màn hình vô tuyến.

Phương pháp giải

Một trong những ứng dụng của hiện tượng quang - phát quang là núm nhựa của công tắc điện

Hướng dẫn giải

- Núm nhựa phát quang ở các công tắc điện phát sáng dựa trên hiện tượng quang phát quang

- Chọn A

Một chất phát quang có thể phát ra ánh sáng màu xanh lục. Chiếu ánh sáng nào dưới đây vào chất đó thì nó sẽ phát quang?

A. Ánh sáng đỏ.

B. Ánh sáng da cam.

C. Ánh sáng vàng.

D. Ánh sáng tím.

Phương pháp giải

Ánh sáng phát quang có bước sóng dài hơn ánh sáng kích thích

Hướng dẫn giải

- Ánh sáng phát quang có bước sóng dài hơn ánh sáng kích thích nên chất phát quang có thể phát ra ánh sáng màu xanh lục thì ta chiếu ánh sáng màu tím có thể gây ra hiện tượng  quang phát quang

- Chọn D

Chiếu một chùm ánh sáng tử ngoại đơn sắc, mạnh vào một đám khí hiđrô sao cho có thể đưa các nguyên tử hiđrô lên trạng thái kích thích. Ghi quang phổ phát quang của đám khí này. Ta sẽ được một quang phổ có bao nhiêu vạch?

A. Chỉ có một vạch ở vùng tử ngoại.

B. Chỉ có một số vạch ở vùng tử ngoại.

C. Chỉ có một số vạch trong vùng ánh sáng nhìn thấy.

D. Có một số vạch trong các vùng tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại.

Phương pháp giải

Các vạch quang phổ của Hidro trải dài từ vùng tử ngoại, ánh sáng khả kiến đến vùng hồng ngoại

Hướng dẫn giải

- Quang phổ Hidro gồm một số vạch trong các vùng tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại.

- Chọn D

Trong một cái bút laze khi hoạt động thì có những sự biến đổi năng lượng chủ yếu nào?

A. Nhiệt năng biến đổi thành quang năng.

B. Hóa năng biến đổi thành quang năng.

C. Điện năng biến đổi thành quang năng.

D. Hóa năng biến đổi thành điện năng rồi thành quang năng.

Phương pháp giải

Bút laze biến đổi điện năng thành quang năng

Hướng dẫn giải

- Trong một cái bút laze khi hoạt động thì sự biến đổi năng lượng chủ yếu là biến đổi điện năng thành quang năng

- Chọn C

Giới hạn quang điện của kẽm là 0,35μm.

a) Giới hạn quang điện này nằm trong vùng ánh sáng gì (hồng ngoại, tử ngoại, tia X,...)?

b) Tính công thoát electron khỏi kẽm.

c) Có thể dùng một chùm tia laze đỏ cực mạnh, sao cho eelectron có thể hấp thụ liên tiếp hai phôtôn đỏ, đủ năng lượng để bứt ra khỏi tấm kẽm được không? Tại sao?

Cho h=6,625.10⁻³⁴J.s; c=3.10⁸m/s; e=1,6.10⁻¹⁹C.

Phương pháp giải

Tính công thoát theo công thức:  A= hc/λ₀

Hướng dẫn giải

a) Giới hạn quang điện này nằm trong vùng ánh sáng tử ngoại

b) Ta có:

\(\begin{array}{l} A = \frac{{hc}}{{{\lambda _0}}}\\ = \frac{{{{6,625.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{{{{0,35.10}^{ - 6}}}} = {5,68.10^{ - 19}}J \end{array}\)

c) Không thể dùng tia laze đỏ cực mạnh để tạo ra hiện tượng quang điện ở kẽm được. Đó là vì tại mỗi thời điểm, mỗi êlectron ở kẽm chỉ có thế hấp thụ được một phôtôn. Phôtôn ánh sáng đỏ không đủ năng lượng để kích thích êlectron, nên êlectron ở kẽm không hấp thụ phôtôn này. Như vậy, các phôtôn ánh sáng đỏ tuần tự đến gặp một êlectron thì chúng hoàn toàn không bị hấp thụ.

Trên Hình VI.1, ta có ξ: bộ pin 12V⁻¹Ω; có thể là một ampe kế hoặc micrôampe kế; R là một quang điện trở; L là chùm sáng thích hợp chiếu vào quang điện trở.

Khi không có ánh sáng chiếu vào quang điện trở thì micrôampe kế chỉ 6μA. Khi quang điện trở được chiếu sáng thì ampe kế chỉ 0,6A.

Tính điện trở của quang điện trở khi không được chiếu sáng và khi được chiếu sáng bằng ánh sáng thích hợp. Điện trở của ampe kế và của micrôampe kế coi như nhỏ không đáng kể.

Phương pháp giải

Sử dụng định luật Ôm: I=E/(R+r)

để tính điện trở R = E/I - r

Hướng dẫn giải

- Khi quang trở không được chiếu sáng:

\(\begin{array}{l} {I_1} = \frac{E}{{{R_1} + r}}\\ \Rightarrow {R_1} = \frac{E}{{{I_1}}} - r = \frac{{12}}{{{{6.10}^{ - 6}}}} - 1 = 1999999{\rm{\Omega }} \end{array}\)

- Khi quang trở được chiếu sáng:

\(\begin{array}{l} {I_2} = \frac{E}{{{R_2} + r}}\\ \Rightarrow {R_2} = \frac{E}{{{I_2}}} - r = \frac{{12}}{{0,6}} - 1 = 19{\rm{\Omega }} \end{array}\)

Một chất phát quang được kích thích bằng ánh sáng có bước sóng 0,2μm thì phát ra ánh sáng có bước sóng 0,5μm. Giả sử công suất của chùm sáng phát quang bằng 40% công suất của chùm sáng kích thích. Tính xem cần có bao nhiêu phôtôn ánh sáng kích thích để tạo ra được một phôtôn ánh sáng phát quang?

Phương pháp giải

- Dựa vào công thức: n=Pε, tính photon phát ra của ánh sáng kích thích và ánh sáng phát quang

- Tính năng lượng photon theo công thức:

ε=hc/λ

Hướng dẫn giải

- Số photon ánh sáng kích thích đi đến chất phát quang trong một giây:

\({n_{kt}} = \frac{{{P_{kt}}}}{{{\varepsilon _{kt}}}} = \frac{{{P_{kt}}}}{{\frac{{hc}}{{{\lambda _{kt}}}}}} = \frac{{{P_{kt}}{\lambda _{kt}}}}{{hc}}\)

- Số photon ánh sáng phát quang phát ra trong một giây: 

\({n_{pq}} = \frac{{{P_{pq}}}}{{{\varepsilon _{pq}}}} = \frac{{0,4{P_{kt}}}}{{\frac{{hc}}{{{\lambda _{pq}}}}}} = \frac{{0,4{P_{kt}}{\lambda _{pq}}}}{{hc}}\)

- Số photon ánh sáng kích thích ứng với một photon phát quang là

\(n = \frac{{{n_{kt}}}}{{{n_{pq}}}} = \frac{{\frac{{{P_{kt}}{\lambda _{kt}}}}{{hc}}}}{{\frac{{0,4{P_{kt}}{\lambda _{pq}}}}{{hc}}}} = \frac{{{\lambda _{kt}}}}{{0,4{\lambda _{pq}}}} = \frac{{0,2}}{{0,4.0,5}} = 1\)

Như vậy cứ mỗi phôtôn ánh sánh kích thích thì cho một phôtôn ánh sáng phát quang.

Bốn vạch quang phổ đỏ, lam chàm và tím của quang phổ hiđrô ứng với các sự chuyển của các nguyên tử hiđrô từ các trạng thái kích thích M,N,O và P về trạng thái kích thích L. Biết bước sóng của các vạch chàm và tím là 0,434μm và 0,412μm. Tính độ chênh lệch năng lượng của nguyên tử hiđrô giữa hai trạng thái kích thích P và O.

Cho h=6,625.10⁻³⁴J.s; c=3.10⁸m/s; e=1,6.10⁻¹⁹C.

Phương pháp giải

- Tính năng lượng theo công thức:

ε= hc/λ= E_m−E_n

- Đổi đơn vị 1eV=1,6.10⁻¹⁹J

Hướng dẫn giải

- Ta có:

\(\begin{array}{l} \frac{{hc}}{{{\lambda _c}}} = {E_O} - {E_L}(1)\\ \frac{{hc}}{{{\lambda _t}}} = {E_P} - {E_L}(2) \end{array}\)

- Từ (1) và (2):

\(\begin{array}{*{20}{l}} {{E_P} - {E_O} = \frac{{hc}}{{{\lambda _t}}} - \frac{{hc}}{{{\lambda _c}}}}\\ { = \frac{{{{6,625.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{{{{0,412.10}^{ - 6}}}} - \frac{{{{6,625.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{{{{0,434.10}^{ - 6}}}}}\\ { = {{0,2445.10}^{ - 19}}J = 0,1528eV} \end{array}\)

Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của một ống Rơn-ghen là U=20kV. Coi vận tốc ban đầu của chùm eelectron phát ra từ catôt bằng 0. Biết hằng số Plăng h=6,625.10⁻³⁴J; điện tích nguyên tố bằng 1,6.10⁻¹⁹C; tốc độ ánh sáng trong chân không bằng 3.10⁸m/s. Cho rằng mỗi electron khi đập vào đối catôt (hoặc anôt) có thể bị hãm lại và truyền hoàn toàn năng lượng của nó cho phôtôn tia Rơn-ghen mà nó tạo ra. Tính bước sóng ngắn nhất của tia Rơn-ghen mà ống này có thể phát ra.

Phương pháp giải

Sử dụng công thức động năng: 

\(\begin{array}{*{20}{l}} {{\varepsilon _{\max }} = \frac{{hc}}{{{\lambda _{\min }}}} = \left| e \right|U}\\ \end{array}\)

để tính bước sóng ngắn nhất là:

\({{\lambda _{\min }} = \frac{{hc}}{{\left| e \right|U}}}\)

Hướng dẫn giải

Khi đập vào anot, electron truyền toàn bộ động năng cho một nguyên tử và kích thích cho nguyên tử này phát ra tia Rơn-ghen. Nếu không bị mất mát năng lượng thì năng lượng cực đại của photon bằng động năng của electron.

\(\begin{array}{*{20}{l}} {{\varepsilon _{\max }} = \frac{{hc}}{{{\lambda _{\min }}}} = \left| e \right|U}\\ { \Rightarrow {\lambda _{\min }} = \frac{{hc}}{{\left| e \right|U}} = \frac{{{{6,625.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{{\left| { - {{1,6.10}^{ - 19}}} \right|{{.20.10}^3}}}}\\ { = {{6,21.10}^{ - 11}}m} \end{array}\)