HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI

Yêu cầu:

– Hiểu được thế nào là hiện tượng quang điện ngoài và quang điện trong, các định luật quang điện và giải thích được các định luật quang điện.

– Nắm được phương trình Einstein, từ phương trình Einstein, tính được năng lượng của photon tới, công thoát, giới hạn quang điện, tính động năng ban đầu cực đại, vận tốc ban đầu cực đại, hiệu điện thế hãm dòng điện, điện thế cực đại của tấm kim loại.

– Tính số photon đập vào catot trong thời gian t khi cho công suất nguồn phát.

– Tính số electron bứt ra khỏi catot trong thời gian t khi cho cường độ dòng quang điện bão hòa.

– Tính hiệu suất lượng tử.

Nội dung:

Năng lượng một lượng tử ánh sáng (hạt phôtôn)

Trong đó h = 6,625.10^-34 Js là hằng số Plăng.

                c = 3.10⁸m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.

                f, l là tần số, bước sóng của ánh sáng (của bức xạ).

                m là khối lượng của photon

Hiện tượng quang điện

a. Công thức Anhxtanh

Trong đó:   là công thoát của kim loại dùng làm catốt

                 l₀ là giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt

                 v_0max là vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện khi thoát khỏi catốt (đối với các e ngày phái ngoài bề mặt của K, khi công thoát là min)

                 f, l là tần số, bước sóng của ánh sáng kích thích

b. Để dòng quang điện triệt tiêu thì U_AK £ U_h (U_h < 0), U_h gọi là hiệu điện thế hãm

            , e = 1,6. 10^-19 (C)

c. Động năng cực đại của electron quang điện:

d. Vận tốc cực đại của electron quang điện:

BÀI TẬP MINH HỌA

Bài 1. Catot của một tế bào quang điện làm bằng xêdi có công thoát electron A = 1,89 eV. Chiếu vào catot một chùm sáng đơn sắc màu vàng có bước sóng λ = 0,589 μm và có công suất P = 0,625 W.

a.      Tìm giới hạn quang điện đối với catot đó.

b.      Tìm vận tốc ban đầu cực đại của electron thoát khỏi catot. Muốn tăng vận tốc cực đại này lên thì phải làm thế nào: tăng công suất của chùm sáng màu vàng hay thay bằng ánh sáng màu khác.

c.      Tìm hiệu điện thế hãm phải đặt vào giữa anot và catot để làm triệt tiêu dòng quang điện.

d.      Tìm số photon đập vào mặt catot trong một phút.

e.      Tìm cường độ dòng quang điện bão hòa, hiệu suất lượng tử H = 90%.

BÀI GIẢI

a.      Giới hạn quang điện:

b.      Theo công thức Anhxtanh ta có:

Vận tốc ban đầu cực đại của electron thoát khỏi catot không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại. Vậy muốn tăng vận tốc cực đại này lên thì ta thay bằng ánh sáng màu khác có bước sóng nhỏ hơn.

c.      Để làm triệt tiêu dòng quang điện ta phải đặt vào giữa anot và catot một hiệu điện thế hãm U_h với:

d.      Công suất phát xạ của chùm sáng:

 với n_p là số photon đập vào catot trong thời gian t:

 hạt

e.      Hiệu suất lượng tử là tỉ số giữa số electron bứt ra n_e và số photon chiếu tới n_p:

Cường độ dòng quang điện bão hòa: I_bh = e.n_e

Đ/s: a, 0,657 μm; b, 2,77.10⁵ m/s; c, 0,22 V; d, 1,11.10²⁰; e, 16 A

Bài 2. Chiếu một chùm sáng có bước sóng λ = 0,489 μm lên mặt catot của một tế bào quang điện, người ta thấy hiệu điện thế hãm để không có dòng quang điện là 0,39 V.

a.      Tìm giới hạn quang điện và công thoát electron của kim loại làm catot.

b.      Biết công suất của chùm sáng tới mặt catot là 12,5 W và cường độ dòng quang điên bão hòa bằng 0,05 A. Tìm hiệu suất của hiệu ứng quang điện.

BÀI GIẢI

a.      Theo công thức Anhxtanh ta có:

Công thoát: (J) = 2,15 eV

b.      Hiệu suất lượng tử là tỉ số giữa số electron bứt ra n_e và số photon chiếu tới n_p:

Đ/s: a. A = 2,15 eV, λ₀ = 0,578 μm; b, H = 1%