Ôn tập: 20 câu ôn bài tập hiện tượng quang điện – Thuyết lượng tử ánh sáng

Dưới đây là video bài giảng Ôn tập: 20 câu ôn bài tập hiện tượng quang điện – Thuyết lượng tử ánh sáng môn lý lớp 12 với nhiều dạng bài cùng phương pháp giải nhanh được trình bày cụ thể, cùng với đáp án hướng dẫn chi tiết nhằm giúp các em học sinh 12 ôn tập và củng cố kiến thức đã học . 

Câu 1: Công thoát của kim loại Na là 2,48 eV. Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng 0,36μm vào tế bào quang điện có catôt làm bằng Na. Vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện là:

      A. 5,84.10⁵ m/s.               B. 6,24.10⁵ m/s.            C. 5,84.10⁶ m/s.              D. 6,24.10⁶ m/s.

Lời giải
\(A=2,48eV=2,48.1,6.10^{-19}J\)
\(\lambda =0,36\mu m=0,36.10^{-6}m\)
\(\frac{hc}{\lambda }=A+E_{domax}=A+\frac{1}{2}m.v^2_{0max}\)
\(\Rightarrow v_{0max}=\sqrt{\frac{2}{m}\left ( \frac{hc}{\lambda }-A \right )}= 5,8410^5\frac{m}{s}\)

⇒ Chọn A

Câu 2: Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng l= 0,6μm. Công suất đèn là P = 10W. Số phôtôn mà ngọn đèn phát ra trong 10s là:

      A. N = 3.10²⁰                     B. N = 5.10¹⁵                  C. N = 6.10¹⁸                    D. N = 2.10²²

Lời giải

\(P=N.\varepsilon =N.\frac{hc}{\lambda }\Rightarrow N=\frac{P\lambda }{hc}\)
⇒ trong 10s ⇒  N'=10N

\(\Rightarrow N'=10.\frac{10.0,3.10^{-6}}{6,625.10^{-34}.3.10^8}=3.10^{20}\)
⇒  Chọn C

Câu 3: Giới hạn quang điện của Xesi là 0,66μm, chiếu vào kim loại này bức xạ điện từ có bước sóng 0,5μm. Động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện khi bứt ra khỏi kim loại là?

      A. W_dmax = 2,48.10^-19 J                                              B. W_dmax = 5,40.10^-20 J   

      C. W_dmax = 8,25.10^-19 J                                              D. W_dmax = 9,64.10^-20 J

Lời giải

\(\lambda _0=0,66\mu m=0,66.10^{-6}m\)
\(\lambda=0,5\mu m=0,5.10^{-6}m\)
\(\frac{hc}{\lambda }=A+E_{domax}=\frac{hc}{\lambda }-\frac{hc}{\lambda _0}= 9,64.10^{-20}J\)
⇒ Chọn D

Câu 4: Chiếu một chùm phôtôn có bước sóng l vào tấm kim loại có giới hạn quang điện l₀. Hiện tượng quang điện xảy ra, động năng ban đầu cực đại của các quang êlectron là 2,65.10^-19 J. Tìm vận tốc cực đại của các êlectron quang điện.

      A. v_max = 7,063.10⁵ m/s                                           B. v_max = 7,63.10⁶ m/s  
      C. v_max = 7,63.10⁵ m/s                                              D. v_max= 5,8.10¹¹ m/s

Lời giải

\(E_{domax}=\frac{1}{2}m.v^2_{0max}\Rightarrow v_{0max}= \sqrt{\frac{2.E_{domax}}{m}}\)

\(\Rightarrow v_{0max}=7,63.10^5\frac{m}{s}\)
⇒ Chọn C

Câu 5: Một chùm phôtôn có f = 4,57.10¹⁴ Hz. Tìm số phôtôn được phát ra trong một giây, biết công suất của nguồn trên là 1W.

      A. 3,3.10¹⁸                         B. 3,03.10¹⁸                    C. 4,05.10¹⁹                      D. 4.10¹⁸

Lời giải

\(P=N.\varepsilon =N.h.f\Rightarrow N=\frac{P}{h.f}\)
\(\Rightarrow N=\frac{1}{6,625.10^{-34}.4,57.10^{14}}=3,3.10^{18}\)
⇒ Chọn A

Câu 6: Kim loại dùng làm catot của tế bào quang điện có công thoát êlectron là 2,5eV. Chiếu vào catot bức xạ có tần số f = 1,5.10¹⁵ Hz. Động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện là:

      A. 3,71eV                           B. 4,85eV                        C. 5,25eV                          D. 7,38eV

Lời giải
\(A=2,5eV=2,5.1,6.10^{-19}J\)
\(f=1,5.10^{15}Hz\)
\(hf=A+E_{domax}\Rightarrow E_{domax}=h.f-A\)
\(E_{domax}=6,625.10^{-34}.1,5.10^{15}-2,5.1,6.10^{-19}(J)\)
\(E_{domax}=3.71eV\)
⇒ Chọn A

Câu 7: Khi chiếu lần lượt hai bức xạ điện từ có bước sóng l₁ và l₂ với l₂ = 2l₁ vào một tấm kim loại thì tỉ số động năng ban đầu cực đại của quang êlectron bứt ra khỏi kim loại là 9. Giới hạn quang điện của kim loại là l₀. Mối quan hệ giữa bước sóng l₁ và giới hạn quang điện l₀ là?

      A. l₁ = l₀                        B. l₁ = l₀                     C. l₁ = l₀                     D. l₁ = l₀

Lời giải

\(\frac{hc}{\lambda _1}=\frac{hc}{\lambda _0}+E_{do1max}\)
\(\frac{hc}{\lambda _2}=\frac{hc}{2\lambda _1}+E_{do2max}\)
\(\Rightarrow \frac{E_{do1max}}{E_{do2max}}=\frac{\frac{hc}{\lambda _1}- \frac{hc}{\lambda _0}}{\frac{hc}{2\lambda _1}-\frac{hc}{\lambda _0}} =9\Rightarrow \frac{1}{\lambda _1}-\frac{1}{\lambda _0}=9(\frac{1}{2\lambda _1}- \frac{1}{\lambda _0})\)
\(\Rightarrow \lambda _1=\frac{7}{16}\lambda _0\)
⇒ Chọn D
 

Câu 8: Chiếu lần lượt các bức xạ có tần số f, 2f, 4f vào catốt của tế bào quang điện thì vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện lần lượt là v, 2v, kv. Xác định giá trị k?

      A.                                B. 4                                  C.                                D. 8

Lời giải

\(\left.\begin{matrix} hf=A+\frac{1}{2}mv^2\\ 2hf=A+\frac{1}{2}m(2v)^2 \end{matrix}\right\}\frac{2hf-A}{hf-A}=4\)
\(\Rightarrow A=\frac{2hf}{3}\)
\(4hf=A+\frac{1}{2}m(Kv)^2\)

\(\Rightarrow hf=\frac{2hf}{3}+\frac{1}{2}mv^2\Rightarrow \frac{1}{2}mv^2=\frac{hf}{3}\)
\((*)\Rightarrow 4hf=\frac{2hf}{3}+k^2.\frac{hf}{3}\)
\(\Rightarrow k=\sqrt{10}\)
⇒ Chọn A

Câu 9: Chiếu một chùm sáng tử ngoại có bước sóng 0,25μm vào một tấm Volfram có công thoát 4,5eV. Vận tốc ban đầu cực đại của các elêctrôn quang điện khi bắn ra khỏi mặt tấm Vonfram là:

      A. 4,06.10⁵ m/s                B. 3,72.10⁵ m/s;            C. 4,81.10⁵ m/s;              D. 1,24.10⁶ m/s.

Lời giải

\(\lambda =0,25\mu m=0,25.10^{-6}m\)
\(A=4,5eV=4,5.1,6.10^{-19}J\)
\(\frac{hc}{\lambda }=A+\frac{1}{2}mv^2_{0max}\Rightarrow v_{0max}= \sqrt{\frac{2}{m}\left ( \frac{hc}{\lambda }-A \right )}\)
\(\Rightarrow v_{0max}=4,06.10^5\frac{m}{s}\)
⇒ Chọn A

Câu 10: Công thoát của một kim loại dùng làm catốt của một tế bào quang điện là A, giới hạn quang điện của kim loại này là λ₀. Nếu chiếu bức xạ đơn sắc có bước sóng l = 0,6l₀ vào catốt của tế bào quang điện trên thì động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện là

      A. 0,66A                             B. 5A/3                           C. 1,5A                              D. 2A/3

Lời giải
\(\frac{hc}{\lambda }=\frac{hc}{\lambda _0}+E_{domax}\)
\(\Rightarrow \frac{hc}{0,6\lambda _0}=\frac{hc}{\lambda _0}+E_{domax} \Rightarrow \frac{A}{0,6}=A+E_{domax}\)
\(\Rightarrow E_{domax}=\frac{5}{3}A-A=\frac{2}{3}A\)
⇒ Chọn D

Câu 11: Khi chiếu ánh sáng có bước sóng l vào katôt của tế bào quang điện thì e bứt ra có v_0max = v, nếu chiếu l' = 0,75l thì v_0max = 2v, biết l= 0,4 μm. Bước sóng giới hạn của katôt là

A. 0,42 μm                              B. 0,45 μm                     C. 0,48 μm                       D. 0,51 μm

Lời giải
\(\frac{hc}{\lambda }=\frac{hc}{\lambda _0}+\frac{1}{2}mv^2\Rightarrow \frac{1}{2}mv^2= hc=(\frac{1}{\lambda '}-\frac{1}{\lambda _0})\)
\(\frac{hc}{\lambda '}=\frac{hc}{\lambda _0}+\frac{1}{2}m(2v)^2\Rightarrow \frac{1}{2}m(2v)^2= hc=(\frac{1}{\lambda '}-\frac{1}{\lambda _0})\)
\(\Rightarrow \frac{1}{4}=\frac{\frac{1}{\lambda }-\frac{1}{\lambda _0}}{ \frac{1}{\lambda '}-\frac{1}{\lambda _0}}\)
Với \(\lambda =0,4\mu m;\lambda '=0,75\lambda =0,3\mu m\)
\(\Rightarrow \lambda _0=0,45\mu m\)
⇒ Chọn B

Câu 12: Lần lượt chiếu vào catốt của một tế bào quang điện các bức xạ điện từ gồm bức xạ có bước sóng l₁ = 0,26 μm và bức xạ có bước sóng λ₂ = 1,2.λ₁ thì vận tốc ban đầu cực đại của các êlectrôn quang điện bứt ra từ catốt lần lượt là v₁ và v₂ với v₂ = v₁. Giới hạn quang điện λ₀ của kim loại làm catốt này là

      A. 0,42 μm.                        B. 1,45 μm.                    C. 1,00 μm.                      D. 0,90 μm.

Lời giải
\(\left.\begin{matrix} \frac{hc}{\lambda _1}=\frac{hc}{\lambda _0}+\frac{1}{2}mv^2_1\\ \frac{hc}{\lambda _2}=\frac{hc}{\lambda _0}+\frac{1}{2}mv^2_2 \end{matrix}\right\} \frac{v_1^2}{v^2_2}=\frac{\frac{1}{\lambda _1}-\frac{1}{\lambda _0}}{\frac{1}{\lambda _2}-\frac{1}{\lambda _0}}=\frac{16}{9}\)
Với \(\lambda _1=0,26\mu m, \lambda _2=1,2\lambda _1=0,312\mu m\)
\(\Rightarrow \lambda _0=0,42\mu m\)
⇒ Chọn A

Câu 13: Chiếu lần lượt các bức xạ có tần số f; 3f; 5f vào catốt của tế bào quang điện thì vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện lần lượt là v;3v; kv. Giá trị k là

      A. \(\sqrt{34}\)                               B. 5                                  C. \(\sqrt{17}\)                               D. 15

Lời giải
\(\left.\begin{matrix} hf=A+\frac{1}{2}mv^2\\ 3hf=A+\frac{1}{2}m(3v)^2 \end{matrix}\right\}9=\frac{3hf-A}{hf-A}\)
\(\Rightarrow A=\frac{3hf}{4}\)
\(5hf=A+\frac{1}{2}m(kv)^2\)
\(\Rightarrow \frac{1}{2}mv^2=\frac{1}{4}hf\)
\(5hf=\frac{3}{4}hf+k^2.\frac{1}{4}hf\Rightarrow k=\sqrt{17}\)|
⇒ Chọn C

Câu 14: Người ta lần lượt chiếu hai bức xạ vào bề mặt một kim loại có công thoát 2eV. Năng lượng phôtôn tương ứng của hai bức xạ này là 2,5eV và 3,5 eV. Tỉ số động năng cực đại của các êlectron quang điện trong hai lần chiếu là

      A. 1: 3                                 B. 1: 4                             C. 1: 5                               D. 1: 2

Lời giải
\(\left.\begin{matrix} \varepsilon _1=A+E_{do1max}\\ \varepsilon _2=A+E_{do2max} \end{matrix}\right\}\Rightarrow \frac{E_{do1max}}{E_{do2max}}= \frac{\varepsilon _1-A}{\varepsilon _2-A}\)
\(\Rightarrow \frac{E_{do1max}}{E_{do2max}}=\frac{2,5-2}{3,5-2} =\frac{1}{3}\)
⇒ Chọn A

Câu 15: Một nguồn sáng đơn sắc có công suất 10W phát ra ánh sáng có bước sóng λ= 0,5 μm ra môi trường, coi môi trường không hấp thụ ánh sáng. Xác định số phôtôn được phát ra từ nguồn sáng trên trong thời gian 10 (s).

      A. 2,5.10¹⁸ (hạt)               B. 2,5.10¹⁹ (hạt)            C. 2,5.10²¹ (hạt)              D. 2,5.10²⁰ (hạt)

Lời giải

\(P=N.\varepsilon =N.\frac{hc}{\lambda }\Rightarrow N=\frac{P\lambda }{hc}\)
⇒ trong 10s ⇒  N'=10N

\(\Rightarrow N'=10.\frac{10.0,5.10^{-6}}{6,625.10^{-34}.3.10^8}=2,5.10^{20}\)
⇒  Chọn D

Câu 16: Khi tăng hiệu điện thế của một ống tia X lên n lần (n>1) thì bước sóng cực tiểu của tia X mà ống phát ra giảm một lượng Dl. Hiệu điện thế ban đầu của ống là:

      A. \(\frac{hc}{e(n-1)\Delta \lambda }\)                      B. \(\frac{hc(n-1)}{e.n.\Delta \lambda }\)                     

       C. \(hc.\frac{e.n}{\Delta \lambda }\)                                 D. \(\frac{hc(n-1)}{e.\Delta \lambda }\)

Lời giải

\(\lambda _{min}=\frac{hc}{\left | e \right |.U}\)
\(U'=n.U\Rightarrow \lambda '_{min}=\lambda _{min}-\Delta \lambda = \frac{hc}{\left | e \right |.U'}\)
\(\Rightarrow \frac{hc}{\left | e \right |.U}-\Delta \lambda =\frac{hc}{\left | e \right |.n.U}\)
\(\Rightarrow \Delta \lambda =\frac{hc}{\left | e \right |.U}\left ( 1-\frac{1}{n} \right )=\frac{hc(n-1)}{\left | e \right |.n.U}\)
\(\Rightarrow U=\frac{hc(n-1)}{\left | e \right |n.\Delta \lambda }\)
⇒ Chọn B

Câu 17: Cường độ dòng quang điện qua ống tia X là I = 5 mA, hiệu điện thế giữa Anot và Katot trong ống là U_AK = 20 kV và biết rằng chỉ có 0,5% số êlectron tới đối Katot có thể tạo ra tia X và các phôtôn X phát ra đều có bước sóng bằng với bước sóng nhỏ nhất. Tìm công suất chùm phôtôn do máy phát ra.

      A. 0,5 W                             B. 15 W                          C. 5 W                               D. 20 W

Lời giải

\(P=\frac{0,5}{100}.UI=\frac{0,5}{100}*20.10^3.5.310^{-3}=0,5W\)
⇒ Chọn B

Câu 18: Hiệu điện thế giữa anot và catot của một ống tia X là U = 18kV, cường độ dòng điện qua ống là I = 5mA. Bỏ qua động năng lúc êlectron bứt ra khỏi catot. Biết rằng có 95% số êlectron đến catot chỉ có tác dụng nhiệt. Nhiệt lượng đã làm nóng đối catot trong một phút là?

      A. Q = 3260J                      B. Q = 5130J                   C. Q = 8420J                     D. Q = 1425J

Lời giải
\(Q=P.t=\frac{95}{100}.UI.t\)
\(\Rightarrow Q=\frac{95}{100}.18.10^3.5.10^{-3}.60=5130J\)
⇒ Chọn B

Câu 19: Hiệu điện thế giữa anot và catot của một ống tia X là U_AK = 10 kV, cường độ dòng điện qua ống là I. Bỏ qua động năng lúc e lectron bứt ra khỏi Katot. Biết rằng chỉ có 1% số êlectron đến đối Katot có thể tạo ra photon X và các phôtôn phát ra có bước sóng bằng với bước sóng nhỏ nhất λ_min. Công suất chùm tia X là P_ε = 0,2 W. Xác định cường độ dòng điện qua ống?

      A. I = 1 mA                        B. I = 3 mA                     C. I = 2 mA                       D. I = 4 mA

Lời giải
\(\begin{matrix} P_\varepsilon =\frac{1}{100}.UI\Rightarrow I=\frac{100.P_\varepsilon }{U}\\ \\ \Rightarrow I=\frac{100.0,2}{10.10^3}=0,002A=2mA \end{matrix}\)
⇒ Chọn C

Câu 20: Trong một ống Cu-lít-giơ người ta tạo ra một hiệu điện thế không đổi giữa hai cực. Trong một phút người ta đếm được 6.10¹⁸ điện tử đập vào anốt. Tính cường độ dòng điện qua ống Cu-lít-giơ

      A. 16mA                             B. 1,6A                           C. 1,6mA                           D. 16A

Lời giải
1 Phút có 6.10¹⁸ electron đập vào Anot
\(n=\frac{6.10^{18}}{60}=10^{17}\) hạt
\(I=n.\left | e \right |=10^{17}.1,6.10^{-19}=1,6.10^{-2}A=16mA\)
⇒ Chọn A