Lý thuyết Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng (mới 2024 + Bài Tập) - Vật lí 12

Câu 1: Công thoát 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.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

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

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

$$\begin{gathered} {\lambda }_0=\frac{h_c}{A}=\frac{6,625.{10}^{-34}.3.{10}^8}{3,46.1,6.{10}^{-19}} \\ =3,59.{10}^{-7}=0,359\mu m \end{gathered}$$

Câu 2: Theo thuyết lượng tử ánh sáng thì năng lượng của

A. một photon bằng năng lượng nghỉ của một êlectrôn.

B. một photon phụ thuộc vào khoảng cách từ photon đó tới nguồn phát ra nó.

C. các photon trong chùm sáng đơn sắc bằng nhau.

D. một photon tỉ lệ thuận với bước sóng ánh sáng tương ứng với photon đó.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Chùm ánh sáng đơn sắc có cùng tần số nên năng lượng bằng nhau:

(ánh sáng đơn sắc có bước sóng bằng nhau)

+ Năng lượng nghỉ của electron là một hằng số, còn năng lượng của các photon có bước sóng, tần số khác nhau là khác nhau => A sai.

+ Năng lượng của photon không phụ thuộc vào khoảng cách từ nó đến nguồn, photon truyền năng lượng đi là không đổi => B sai.

+ Năng lượng của một photon tỉ lệ nghịch với bước sóng của nó => D sai.

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.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

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.

Câu 4: Ðể gây ra hiện tượng quang điện, bức xạ rọi vào kim loại phải thỏa mãn điều kiện nào sau đây?

A. Tần số có giá trị bất kì.

B. Tần số nhỏ hơn một tần số nào đó.

C. Bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện.

D. Bước sóng lớn hơn giới hạn quang điện.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Để gây ra được hiệu ứng quang điện, bức xạ rọi vào kim loại phải có bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện.

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 photon.

C. Năng lượng của các photon 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.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

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

Câu 6: Một photon có năng lượng 2,48 eV trong chân không. Nếu ở trong môi trường có chiết suất n = 1,5 thì năng lượng của photon này bằng:

A. 3,98 eV.

B. 1,65 eV.

C. 2,48 eV.

D. 3,72 eV.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Năng lượng của photon:

$\epsilon =\frac{hc}{\lambda }=hf$

Khi ánh ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì f không đổi:

ε′ = ε = 2,48 eV

Câu 7: Nội dung chủ yếu của thuyết lượng tử trực tiếp nói về

A. sự hình thành các vạch quang phổ của nguyên tử.

B. sự tồn tại các trạng thái dừng của nguyên tử hiđrô.

C. cấu tạo của các nguyên tử, phân tử.

D. sự phát xạ và hấp thụ ánh sáng của nguyên tử, phân tử.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Nội dung chủ yếu của thuyết lượng tử trực tiếp nói về sự phát xạ và hấp thụ ánh sáng của nguyên tử, phân tử.

Câu 8: Chùm sáng đơn sắc đỏ khi truyền trong chân không có bước sóng 0,75 μm. Nếu chùm sáng này truyền vào trong thủy tinh (có chiết suất n = 1,5) thì năng lượng photon ứng với ánh sáng đó là:

A. 3,98.10^-19 J.

B. 2,65.10^-19 J.

C. 1,77.10^-19 J.

D. 1,99.10^-19 J.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Năng lượng photon của ánh sáng trong chân không:

$\epsilon =\frac{hc}{\lambda }=\frac{1,{9875.10}^{-25}}{0,{75.10}^{-6}}=2,{65.10}^{-9}\left(J\right)$

Khi truyền qua các môi trường, tần số của ánh sáng không đổi nên năng lượng photon $\epsilon =\frac{hc}{\lambda }=hf$ cũng không đổi.

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.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Số photon mà nguồn phát ra trong 1 giây là $n=\frac{\text{P}}{\epsilon }=\frac{\text{P}.\lambda }{hc}=\frac{2,65.0,{51.10}^{-6}}{6,{625.10}^{-34}{\mathrm{.3.10}}^8}=6,{8.10}^8$

Câu 10: Thuyết lượng tử ánh sáng không được dùng để giải thích

A. hiện tượng quang điện.

B. hiện tượng quang-phát quang.

C. hiện tượng giao thoa ánh sáng.

D. nguyên tắc hoạt động của pin quang điện.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Thuyết lượng tử ánh sáng không được dùng để giải thích hiện tượng giao thoa ánh sáng.

Câu 11: Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử năng lượng

A. không bị thay đổi, không phụ thuộc vào khoảng cách nguồn sáng xa hay gần.

B. thay đổi, phụ thuộc vào khoảng cách nguồn sáng xa hay gần.

C. thay đổi tuỳ theo ánh sáng truyền theo môi trường nào.

D. không bị thay đổi khi ánh sáng truyền trong chân không.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Tần số ánh sáng f không đổi trong quá trình truyền nên lượng tử ánh sáng: ε = hf không đổi.

Câu 12: Thí nghiệm Hertz về hiện tượng quang điện chứng tỏ:

A. Hiện tượng quang điện không xảy ra với tấm kim loại nhiễm điện dương với mọi ánh sáng kích thích.

B. Electron bị bứt ra khỏi tấm kim loại khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

C. Tấm thủy tỉnh không màu hấp thụ hoàn toàn tia tử ngoại trong ánh sáng của đèn hồ quang.

D. Ánh sáng nhìn thấy không gây ra được hiện tượng quang điện trên mọi kim loại.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Thí nghiệm Hertz về hiện tượng quang điện chứng tỏ: electron bị bứt ra khỏi tấm kim loại khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

Câu 13: 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 f₀ nào đó.

B. Các photon 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.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

- 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 photon 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.

Câu 14: Tính bước sóng ánh sáng mà năng lượng của photon là 2,8.10⁻¹⁹ J. Cho hằng số Plăng h = 6,625.10⁻³⁴ Js, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.10⁸ m/s

A. 0,71 μm.

B. 0,66 μm.

C. 0,58 μm.

D. 0,45 μm.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Bước sóng của ánh sáng: $\lambda =\frac{hc}{\epsilon }=\frac{6,{625.10}^{-34}{\mathrm{.3.10}}^8}{2,{8.10}^{-19} }=7,{1.10}^{-7}=0,71\mu m$

Câu 15: Hai laze A và B có công suất phát quang tương ứng là 0,5W và 0,6W. Biết tỉ số giữa số photon của laze B với số photon của laze A phát ra trong cùng một đơn vị thời gian là $\frac{2}{15}$ . Tỉ số bước sóng $\frac{{\lambda }_A}{{\lambda }_B}$ của hai bức xạ là

A. 81.

B. 181.

C. 19.

D. 9.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Ta có: $\frac{{\text{P}}_A}{{\text{P}}_B}=\frac{n_A\frac{hc}{{\lambda }_A}}{n_B\frac{hc}{{\lambda }_B}}=\frac{n_A.{\lambda }_B}{n_B.{\lambda }_A}$

Tỉ số bước sóng $\frac{{\lambda }_A}{{\lambda }_B}$ của hai bức xạ là:

$\frac{0,6}{0,5}.\frac{15}{2}=9$

Câu 16: Công thoát êlectron của một kim loại 2 eV. Cho hằng số Plăng h = 6,625.10⁻³⁴ Js, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.10⁸ m/s 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.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Giới hạn quang điện: ${\lambda }_0=\frac{hc}{A}\approx 0,6211\mu m$

$\Rightarrow$ A, B gây ra hiện tượng quang điện

Tần số giới hạn:

$f_0=\frac{c}{{\lambda }_0}\approx 4,{83.10}^{14}Hz$

Câu 17: Trong thí nghiệm Hecxơ: chiếu một chùm sáng phát ra từ một hồ quang vào một tấm kẽm thì thấy các electron bật ra khỏi tấm kim loại. Khi chắn chùm sáng hồ quang bằng tấm thuỷ tỉnh dày thì thấy không có electron bật ra nữa, điều này chứng tỏ

A. tấm kim loại đã tích điện đương và mang điện thế dương.

B. chỉ có ánh sáng thích hợp mới gây ra được hiện tượng quang điện.

C. ánh sáng phát ra từ hồ quang có bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện.

D. tấm thuỷ tỉnh đã hấp thụ tất cả ánh sáng phát ra từ hồ quang.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Trong thí nghiệm Hecxơ: chiếu một chùm sáng phát ra từ một hồ quang vào một tấm kẽm thì thấy các electron bật ra khỏi tắm kim loại. Khi chắn chùm sáng hồ quang bằng tấm thuỷ tỉnh dày thì thấy không có electron bật ra nữa, điều này chứng tỏ chỉ có ánh sáng thích hợp mới gây ra được hiện tượng quang điện.

Câu 18: Êlectrôn bật ra khỏi kim loại khi có một bức xạ đơn sắc chiếu vào, là vì

A. bức xạ đó có cường độ rất lớn.

B. vận tốc của bức xạ đó lớn hơn vận tốc xác định.

C. bức xạ đó có bước sóng λ xác định.

D. tần số bức xạ đó có giá trị lớn hơn một giá trị xác định.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Êlectrôn bật ra khỏi kim loại khi có một bức xạ đơn sắc chiếu vào phải lớn hơn công thoát ( hf > A = hf₀ f > f₀ ). Vậy tần số bức xạ đó có giá trị lớn hơn một giá trị xác định.

Câu 19: Trong chân không, ánh sáng tím có bước sóng 0,4 . Mỗi photon ánh sáng này mang năng lượng xấp xỉ bằng

A. 4,97.10⁻³¹ J.

B. 4,97.10⁻¹⁹ J.

C. 2,49.10⁻¹⁹ J.

D. 2,49.10⁻³¹ J.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Mỗi photon ánh sáng này mang năng lượng xấp xỉ bằng:

$\epsilon =\frac{hc}{\lambda }=\frac{6,{625.10}^{-34} {\mathrm{.3.10}}^8}{0,{4.10}^{-6}}=4,{96875.10}^{-19}J$.

Câu 20: 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.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Vì biết rằng cứ 100 photon tới catôt thì có 1 êlectron bứt ra khỏi catôt nên trong 1s, số electron bứt ra khỏi catot là:

$n=0,01.\frac{\text{P}}{\frac{hc}{\lambda }}=0,01.\frac{\text{P\hspace{0.17em}}\lambda }{hc}$

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

$I_{bh}=ne=\frac{0,01\text{P\hspace{0.17em}}\lambda }{hc}.e\approx 2,{72.10}^{-3}A$

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Vật lí lớp 12 đầy đủ, chi tiết khác: