Các dạng bài tập Lượng tử ánh sáng có lời giải

Phần Lượng tử ánh sáng Vật Lí lớp 12 sẽ tổng hợp Lý thuyết, các dạng bài tập chọn lọc có trong Đề thi THPT Quốc gia và trên 400 bài tập trắc nghiệm có lời giải. Vào Xem chi tiết để theo dõi các dạng bài Lượng tử ánh sáng hay nhất tương ứng.

Tổng hợp Lý thuyết Chương Lượng tử ánh sáng

Chủ đề: Hiện tượng quang điện ngoài

Chủ đề: Tia X

Chủ đề: Mẫu nguyên tử Bo - Quang phổ vạch của Hidro

Chủ đề: Hiện tượng quang - Phát quang - Tia laze

Dạng 1: Hiện tượng quang - Phát quang, tia laze

Xem chi tiết

Bài tập trắc nghiệm Lượng tử ánh sáng

Cách tính Công suất nguồn bức xạ, hiệu suất lượng tử

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

• Công suất của nguồn sáng- hoặc công suất chiếu sáng:

• Cường độ dòng quang điện bão hòa: Hóa học lớp 11 | Lý thuyết và Bài tập Hóa 10 có đáp án

• Hiệu suất lượng tử: Hóa học lớp 11 | Lý thuyết và Bài tập Hóa 10 có đáp án

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đỏ với công suất P = 2W, bước sóng của ánh sáng λ = 0,7 μm. Xác định số phôtôn đèn phát ra trong 1s.

A. 7,04.10¹⁸ hạt B. 5,07.10²⁰ hạt C. 7.10¹⁹ hạt D. 7.10²¹ hạt

Lời giải:

• Ta có:

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

Ví dụ 2: Chiếu một bức xạ điện tử có bước sóng λ = 0,5μm vào bề mặt catôt của tế bào quang điện tạo thành dòng bão hòa I = 0,32A. Công suất bức xạ chiếu vào catôt là P = 1,5W. Biết h = 6,625.10^-34Js, c=3.10⁸ m/s và |e|=1,6.10^-19 C. Tìm hiệu suất lượng tử là bao nhiêu?

A. 46% B. 53% C. 84% D. 67%

Lời giải:

Hiệu suất lượng tử năng lượng:

Cách giải bài tập Electron quang điện chuyển động trong điện từ trường

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

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

- 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:

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 λ_o = 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

Lời giải:

Áp dụng công thức:

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 U_AB = - 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.

Lời giải:

Do có hiện tượng quang điện nên:

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

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

• Electron cực tiểu là:

Cách giải bài tập Mẫu nguyên tử Bo, Quang phổ vạch của Hidro

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

1. Tiên đề về trạng thái dừng

• Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trong các trạng thái dừng thì nguyên tử không bức xạ

• Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chỉ chuyển động xung quanh hạt nhân trên những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng. Đối với nguyên tử Hidro bán kính quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương của các số nguyên liên tiếp:

R_n = n².r_o

R_n: là bán kính quỹ đạo thứ n

n: là quỹ đạo thứ n

r_o = 5,3.10^-11 m: là bán kính cơ bản

r_o	4r_o	9r_o	16r_o	25r_o	36r_o
K	L	M	N	O	P

2. Tiên đề về hấp thụ và bức xạ năng lượng

• Khi nguyên tử chyển từ trạng thái dừng có năng lượng (E_n) sang trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn (E_m) thì nó phát ra một pho ton có năng lượng đúng bằng hiệu: E_n - E_m

ε = hf_nm = E_n - E_m

• Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trong trạng thái dừng có năng lượng Em mà hấp thụ một photon có năng lượng đúng bằng hiệu E_n - E_m thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng En.

• Từ tiên đề trên: Nếu một chất hấp thụ được ánh sáng có bước sóng nào thì nó cũng có thể phát ra ánh sáng ấy.

3. Quang phổ vạch Hiđrô

• Mức năng lượng ở trạng thái n: Cách giải bài tập Mẫu nguyên tử Bo, Quang phổ vạch của Hidro hay, chi tiết

• e lectron bị ion hóa khi: E_∞ = 0.

• Công thức xác định tổng số bức xạ có thể phát ra khi e ở trạng thái năng lượng thứ n:

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Ở nguyên tử hidro, quỹ đạo nào sau đây có bán kính lớn nhất so với bán kính các quỹ đạo còn lại?

A. O B. N C. L D. P

Lời giải:

• Ta có: R_n = n².r_o (trong đó r_o là bán kính quỹ đạo cơ bản: r_o = 5,3.10^-11 m)

Quĩ đạo O có n = 5.

Quĩ đạo N có: n = 4

Quĩ đạo L có n = 2

Quĩ đạo P có n = 6.

⇒ Trong các quỹ đạo trên, quỹ đạo P có n lớn nhất lên bán kính là lớn nhất.

Ví dụ 2: Electron đang ở quỹ đạo n chưa rõ thì chuyển về quỹ đạo L và thấy rẳng bán kính quỹ đạo đã giảm đi 4 lần. Hỏi ban đầu electron đang ở quỹ đạo nào?

A. O B. M C. N D. P

Lời giải:

• Ta có: Bán kính quỹ đạo L: R₂ = 2².r_o = 4.r_o

Bán kính quỹ đạo n: R_n = n².r_o

Theo đề bài: Cách giải bài tập Mẫu nguyên tử Bo, Quang phổ vạch của Hidro hay, chi tiết

Vậy electron ban đầu đang ở quỹ đạo N

Ví dụ 3: Năng lượng của êlectron trong nguyên tử hyđrô được tính theo công thức: E_n = -13,6 / n²; n = 1, 2, 3, … Xác định năng lượng ở quỹ đạo dừng L.

A. 5,44.10^-20 J B. 5,44eV C. 5,44MeV D. 3,4.eV

Lời giải:

• Quĩ đạo dừng thứ L ứng với n = 2 ⇒ E_L = 13,6 / 4 = 3,4 eV

Ví dụ 4: Năng lượng của êlectron trong nguyên tử hyđrô được tính theo công thức: E_n = -13,6 / n²; n = 1,2,3, …Hỏi khi electron chuyển từ quỹ đạo L về quỹ đạo K thì nó phát ra một photon có bước sóng là bao nhiêu?

A. 0,2228 μm. B. 0,2818 μm. C. 0,1281 μm. D. 0,1218 μm.

Lời giải:

Khi e chuyển từ quỹ đạo L về quỹ đạo K thì nó phát ra một photon: Cách giải bài tập Mẫu nguyên tử Bo, Quang phổ vạch của Hidro hay, chi tiết

Ví dụ 5: Trong quang phổ của nguyên tử hiđro, ba vạch đầu tiên trong dãy lai man có bước sóng λ₁₂ = 121,6 nm; λ₁₃ = 102,6 nm; λ₁₄ = 97,3 nm. Bước sóng của vạch đầu tiên trong dãy Banme và vạch đầu tiên trong dãy pasen là

A. 686,6 nm và 447,4 nm. B. 660,3 nm và 440,2 nm.

C. 624,6nm và 422,5 nm. D. 656,6 nm và 486,9 nm.

Lời giải:

Bài tập bổ sung

Câu 1: Biết công thoát của kim loại là 4,14 eV. Giới hạn quang điện là

A. 0,50 mm.

B. 0,26 mm.

C. 0,30 mm.

D. 0,35 mm.

Câu 2: Trong một thí nghiệm về hiệu ứng quang điện, người ta có thể làm triệt tiêu dòng quang điện bằng cách dùng một điện áp hãm có giá trị bằng 3,2V. Người ta tách ra một chùm hẹp các electron quang điện và hướng nó đi vào một từ trường đều, theo hướng vuông góc với các đường cảm ứng từ. Biết bán kính quỹ đạo lớn nhất của các electron bằng 20cm. Từ trường có cảm ứng từ là:

A. 3.10^-6T

B. 3.10^-5T

C. 4,2.10^-5T

D. 6,4.10^-5T

Câu 3: Khi chiếu 1 bức xạ điện từ có bước sóng 0,5μm vào bề mặt của tế bào quang điện tạo ra dòng điện bão hòa là 0,32A. Công suất bức xạ đập vào Catot là P = 1,5W. Tính hiệu suất của tế bào quang điện.

A. 26%

B. 17%

C. 64%

D. 53%

Câu 4: Chiếu bức xạ có bước sóng 0,405µm vào một tấm kim loại thì các quang electron có vận tốc ban đầu cực đại là v₁. Thay bức xạ khác có tần số 16.10¹⁴ Hz thì vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron là v₂ = 2v₁. Tìm công thoát electron của kim loại.

A. 2.10^-19 J.

B. 3.10^-19 J.

C. 4. 10^-19 J.

D. 1. 10^-19 J.

Câu 5: Giới hạn quang điện của kim loại dùng làm Catot là 0,66µm. Tính vận tốc cực đại của e quang điện khi bứt ra khỏi Catot, biết ánh sáng chiếu vào có bước sóng là 0,5mm.

A. 5,6.10⁵ m/s

B. 6,6.10⁵ m/s

C. 4,6.10⁵ m/s

D. 7,6.10⁵ m/s

Câu 6: Theo thuyết lượng tử ánh sáng, phát biểu nào dưới đây là sai?

A. Phân tử, nguyên tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn.

B. Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn.

C. Năng lượng của các phôtôn ánh sáng là như nhau, không phụ thuộc tần số của ánh sáng.

D. Trong chân không, các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.10⁸ m/s.

Câu 7: Khi nói về thuyết lượng tử ánh sáng, phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Năng lượng phôtôn càng nhỏ khi cường độ chùm ánh sáng càng nhỏ.

B. Phôtôn có thể chuyển động hay đứng yên tùy thuộc vào nguồn sáng chuyển động hay đứng yên.

C. Năng lượng của phôtôn càng lớn khi tần số của ánh sáng ứng với phôtôn đó càng nhỏ.

D. Ánh sáng được tạo bởi các hạt gọi là phôtôn.

Câu 8: Chọn câu đúng. Chiếu một chùm tia hồng ngoại vào lá kẽm tích điện âm thì

A. điện tích âm của lá kẽm mất đi.

B. tấm kẽm sẽ trung hoà về điện.

C. điện tích của tấm kẽm không thay đổi.

D. tấm kẽm tích điện dương.

Câu 9: Phát biểu nào sau đây sai khi nói về phôtôn ánh sáng?

A. phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động.

B. Mỗi phôtôn có một năng lượng xác định.

C. Năng lượng của phôtôn ánh sáng tím lớn hơn năng lượng phôtôn ánh sáng đỏ.

D. Năng lượng của các phôtôn của các ánh sáng đơn sắc khác nhau đều bằng nhau.

Câu 10: Chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,30 µm vào một chất thì thấy chất đó phát ra ás có bước sóng 0,50 µm. Cho rằng công suất của chùm sáng phát quang chỉ bằng 0,01 công suất của chùm sáng kích thích. Hãy tính tỉ số giữa số phôtôn ánh sáng phát quang và số phôtôn ánh sáng kích thích phát trong cùng một khoảng thời gian.

A. 1,7%

B. 0,6%

C. 18%

D. 1,8%

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