Cách giải bài tập Electron quang điện chuyển động trong điện từ trường hay, chi tiết



A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

- Bài toán 1: Xác định bán kính quỹ đạo của electron trong từ trường

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

- Bài toán 2: Xác định điện tích của quả cầu kim loại đặt trong không khí khi bị chiếu sáng để hiện tượng quang điện ngoài xảy ra: Hóa học lớp 11 | Lý thuyết và Bài tập Hóa 10 có đáp án

- Bài toán 3: Xác định bán kính cực đại vùng e quang điện khi đến anot:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Catốt của tế bào quang điện chân không là một tấm kim loại phẳng có giới hạn quang điện là λo = 0,6 μm. Chiếu vào catốt ánh sáng có bước sóng λ = 0,5 μm. Anốt cũng là tấm lim loại phẳng cách catốt 1cm. Giữa chúng có một hiệu điện thế 10V. Tìm bán kính lớn nhất trên bề mặt anốt có quang electron đập tới.

A. R = 4,06 mm          B. R = 4,06 cm          C. R = 8,1 mm          D. R = 6,2 cm

Hướng dẫn:

Áp dụng công thức:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Ví dụ 2: Chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0,6 μm vào catot của 1 tế bào quang điện có công thoát A = 1,8 eV. Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các electron quang điện và cho chúng bay vào một điện trường hướng từ A đến B sao cho UAB = - 10 V. Vận tốc nhỏ nhất và lớn nhất của các electron khi tới B lần lượt là

A. 18,75.105 m/s và 19,00.105 m/s.

B. 16,75.105 m/s và 19,00.105 m/s.

C. 16,75.105 m/s và 18,75.105 m/s.

D. 18,75.105 m/s và 18,87.105 m/s.

Hướng dẫn:

Do có hiện tượng quang điện nên:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Khi electron electron bứt ra mà chúng bay vào điện trường hướng từ A đến B sao cho UAB = VA – VB = - 10 V → VA < VB

electron sẽ được tăng tốc vì B là bản dương. Khi đó electron có vận tốc lớn nhất ứng với khi nó bứt ra khỏi tấm kim loại cực đại và nó có vận tốc nhỏ nhất khi nó bứt ra với vận tốc ban đầu bằng không.

• Electron cực đại

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

• Electron cực tiểu là:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

B. Bài tập trắc nghiệm

Bài 1: Chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0.6μm vào catot của 1 tế bào quang điện có công thoát A = 1.8eV. Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp các electron quang điện và cho chúng bay vào một điện trường từ A đến B sao cho UAB = -10V. Vận tốc nhỏ nhất và lớn nhất của electron khi tới B lần lượt là:

    A. 18,75.105 m/s và 18,87.105 m/s

    B. 18,87.105 m/s và 18,75.105 m/s

    C. 16,75.105 m/s và 18.87.105 m/s

    D. 18,75.105 m/s và 19,00.105 m/s

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Khi Vận tốc ban đầu cực đại của e theo chiều tăng tốc với UAB thì ta có vận tốc lớn nhất của electron khi tới B là v: Gọi v (Hay vmax) là vận tốc cực đại của e khi đến B. Áp dụng định lí động năng:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Thế số:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Khi vận tốc ban đầu của e bằng 0 thì ta có vận tốc nhỏ nhất của electron khi tới B là vmin:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Đáp án D

Bài 2: Chiếu bức xạ có tần số f1 vào quả cầu kim loại đặt cô lập thì xãy ra hiện tượng quang điện với điện thế cực đại của quả cầu là V1 và động năng ban đầu cực đại của e quang điện đúng bằng một nửa công thoát của kim loại. Chiếu tiếp bức xạ có tần số f2 = f1 + f vào quả cầu đó thì điện thế cực đại của quả cầu là 5V1. Hỏi chiếu riêng bức xạ có tần số f vào quả cầu trên (đang trung hòa về điện) thì điện thế cực đại của quả cầu là:

    A. 2V1    B. 2,5V1    C. 4V1.    D. 3V1.

Chiếu f1 thì:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Điện thế cực đại:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Chiếu f thì:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Đáp án A

Bài 3: Chiếu lên bề mặt một tấm kim loại có công thoát electrôn là A = 2,1 eV chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,485μm. Người ta tách ra một chùm hẹp các electrôn quang điện có vận tốc ban đầu cực đại hướng vào một không gian có cả điện trường đều E và từ trường đều B. Ba véc tơ v, E, B vuông góc với nhau từng đôi một. Cho B = 5.10-4 T. Để các electrôn vẫn tiếp tục chuyển động thẳng và đều thì cường độ điện trường E có giá trị nào sau đây ?

    A. 201,4 V/m.    B. 80544,2 V/m.

    C. 40.28 V/m.    D. 402,8 V/m.

Vận tốc ban đầu cực đại của electron; Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Đề electron vẫn tiếp tục chuyển động thẳng đều thì lực Lorenxo cân bằng với lực điện tác dụng lên electron: Bve = eE → E = Bv = 5.10-4. 0,403.106 = 201,4 V/m.

Đáp án A

Bài 4: Một tụ điện phẳng gồm hai bản A và K rất rộng song song với nhau. Cho công thoát của kim loại dùng làm bản tụ bằng 2,1 eV. Chiếu chùm sáng kích thích rất hẹp có bước sóng bằng 0,4 μm (trong chân không) tới một điểm nằm giữa mặt bên trong bản K của tụ điện. Biết hiệu điện thế UAK = 50 V. Khoảng cách giữa hai bản tụ bằng 5 cm. Bán kính khu vực mà êletron quang điện bắn phá trên bản A của tụ là

    A. 1,42 cm.    B. 2,84 cm.

    C. 4,21 cm.    D. 8,42 cm.

Bán kính khu vực mà electron quang điện bắn phá trên bản anôt của tụ là

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Đáp án A

Bài 5: Một tụ điện phẳng gồm hai bản A và K rất rộng song song với nhau. Công thoát của kim loại dùng làm bản tụ bằng 1,5 eV. Chiếu chùm sáng kích thích rất hẹp có bước sóng bằng 0,5 μm (trong chân không) tới một điểm nằm giữa mặt bên trong bản A của tụ điện. Để không có electron quang điện nào tới được bản K của tụ điện thì UAK phải thỏa mãn điều kiện là

    A. UAK < –0,984 V.    B. UAK > 0,984 V.

    C. UAK > 1,05 V.    D. UAK < –1,05 V.

Để không có electron quang điện nào tới được bản K của tụ điện thì UAK phải thỏa mãn điều kiện:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Đáp án B

Bài 6: Phía trước một bản kim loại phẳng, rộng, trung hòa về điện, có giới hạn quang điện bằng 0,35 μm, có một từ trường đều có đường sức song song với bề mặt kim loại và có độ lớn cảm ứng từ bằng 0,5 T. Chiếu sáng tấm kim loại bằng bức xạ có bước sóng 0,15 μm (trong chân không). Các electron quang điện có thể rời xa tấm kim loại một khoảng lớn nhất là

    A. 29,35 μm.    B. 15,23 μm.

    C. 27,48 μm.    D. 4,15 mm.

Các electron quang điện có thể rời xa tấm kim loại một khoảng lớn nhất là:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Đáp án A

Bài 7: Chiếu bức xạ có λ = 0,3μm vào tấm kim loại có giới hạn quang điện λ0 = 0,6μm. Cho chùm hẹp các quang electron này đi vào từ trường đều vuông góc với vận tốc ban đầu Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án và không đổi, có cảm ứng từ B = 10-2T, thì bán kính quỹ đạo tròn của quang êlectron là:

    A. r = 2cm.    B. r ≤ 4,85cm.

    C. r = 1,5cm.    D. r = 1,44cm.

Đáp án B

Khi đi vào từ trường mà Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án thì quang electron chuyển động tròn đều.

Lực Lo - ren - xơ là lực hướng tâm:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Do v0 < v0 max nên Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án . Tính v0 max tò công thức Anh-xtanh:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Thay số, ta được r ≤ 4,85cm.

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 12 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com

KHÓA HỌC GIÚP TEEN 2002 ĐẠT 9-10 THI THPT QUỐC GIA

Tổng hợp các video dạy học từ các giáo viên giỏi nhất - CHỈ TỪ 399K tại khoahoc.vietjack.com


hien-tuong-quang-dien-ngoai.jsp


Các loạt bài lớp 12 khác
Khóa học 12