Hiện tượng quang điện ngoài - Lý huyết và bài tập

1. Luyenthihanoi.com.vn
HIỆN TƯƠNG QUANG ĐI
1. Thí nghiệm của Héc xơ về hi
a) Thí nghiệm:
*Chiếu ánh sáng phát ra từ
lá kẽm tích điện âm, gắn trên m
thấy 2 lá của điện nghiệm cụ
bị mất điện tích âm.
*Thay lá kẽm tích điện âm b
dương thì hiện tượng này không x
*Dùng một tấm thủy tinh
quang (ta đã biết thủy tinh hấ
thì hiện tượng cũng không xả
*Thay tấm kẽm tích điện âm b
âm thì hiện tượng cũng xảy ra tương t
b) Giải thích:
*Kết quả thí nghiệm trên ch
quang vào lá kẽm (hoặc các kim lo
gọi hiện tượng này là hiện tư
*Trong trường hợp lá kẽ
nhưng hầu hết các electron b
kẽm không thay đổi.
*Trong trường hợp chắn chùm sáng h
điện không xảy ra chứng tỏ v
ngoại.
c) Kết luận:
luyenthihanoi.com.vn
 D
 Luy
 Gia sư t
Đ/c: S

N TƯƠNG QUANG ĐIỆN NGOÀI
hiện tượng quang điện (năm 1887)
u ánh sáng phát ra từ một hồ quang điện vào
n trên một điện nghiệm thì
ụp lại, chứng tỏ lá kẽm đã
n âm bằng lá kẽm tích điện
ng này không xảy ra.
y tinh chắn chùm sáng hồ
ấp thụ mạnh tia tử ngoại)
ảy ra.
n âm bằng các kim loại như đồng, bạc… khác c
y ra tương tự.
m trên chỉ giải thích được nếu như công nhận khi chi
c các kim loại khác) làm bật các electron ra kh
n tượng quang điện.
ẽm tích điện dương thì hiện tượng quang đi
t các electron bật ra đều bị lá kẽm hút trở lại ngay làm cho đi
n chùm sáng hồ quang bằng tấm thủy tinh thì hi
với lá kẽm, hiện tượng quang điện chỉ
Trung tâm Thầy Hoàng –
Dạy nhóm chất lượng cao toán – lý – hóa – ti
Luyện thi vào lớp 10, luyện thi quốc gia THPT
Gia sư tại nhà các môn văn hóa cho học sinh c
Đ/c: Số 8A ngách 69B ngõ 121 Kim Ngưu –
0974 222 456
N NGOÀI
c… khác cũng tích điện
n khi chiếu ánh sáng hồ
t các electron ra khỏi kim loại. Héc xơ
ng quang điện vẫn xảy ra
i ngay làm cho điện tích của lá
y tinh thì hiện tượng quang
xảy ra với ánh sáng tử
– Cô Như
tiếng anh lớp 10, 11, 12
c gia THPT
c sinh cấp 2, cấp 3
HBT – HN

2. Luyenthihanoi.com.vn
Hiện tượng quang điện ngoài (g
sáng làm bật electron ra khỏi kim lo
Các electron bật ra gọi là các electron quang đi
tử)
2. Thí nghiệm với tế bào quang đi
a) Cấu tạo:
Tế bào quang điện là một bình c
Anot A: thường là một vòng dây kim lo
Katot K: thường là một ch
quang điện.
b) Thí nghiệm:
Bố trí thí nghiệm như hình v
có tác dụng làm thay đổi hiệ
anot và katot.
*Khi chưa chiếu ánh sáng vào katot thì
kim của mili ampe kế chỉ số
*Chiếu sáng katot bằng các ánh sáng
đơn sắc có bước sóng khác nhau thì th
khi bước sóng ánh sáng nhỏ
nào đó kim của mili ampe k
trí số 0, tức là có dòng điệ
Dòng điện này gọi là dòng qu
*Tăng dần hiệu điện thế
katot (UAK) thì cường độ dòng quang
tăng. Nhưng khi UAK tăng đ
nào đó, tiếp tục tăng UAK thì c
quang điện không tăng nữ
được gọi là cường độ dòng quang
hòa (Ibh).
*Tăng cường độ chùm sáng thì th
n ngoài (gọi tắt là hiện tượng quang điệ
i kim loại.
i là các electron quang điện (hay các quang electron, quang đi
bào quang điện
t bình cầu bằng thạch anh, chân không. Bên trong có hai đi
t vòng dây kim loại
t chỏm cầu làm bằng kim loại dùng đ
ình vẽ. Biến trở R
ệu điện thế giữa
u ánh sáng vào katot thì
0.
ng các ánh sáng
c sóng khác nhau thì thấy
hơn một giá trị
a mili ampe kế lệch khỏi vị
ện trong mạch.
i là dòng quang điện.
ế giữa anot và
dòng quang điện
tăng đến một giá trị
thì cường độ dòng
ữa, giá trị này
dòng quang điện bão
chùm sáng thì thấy cường độ dòng quang điện bão hòa c
Ibh1
Iqđ
-Uh
Ibh2
Đường đặc trưng vôn
của tế bào quang đi
ện): là hiện tượng ánh
ác quang electron, quang điện
ch anh, chân không. Bên trong có hai điện cực
i dùng để khảo sát hiện tượng
n bão hòa cũng tăng.
UAK
c trưng vôn – ampe
bào quang điện

3. Luyenthihanoi.com.vn
*Di chuyển con chạy C sang nửa biến trở bên phải để hiệu điện thế UAK mang giá trị
âm thì thấy khi UAK  -Uh thì dòng quang điện bị triệt tiêu (Iqđ = 0). Uh được gọi là độ lớn
hiệu điện thế hãm.
c) Giải thích:
*khi chiếu vào katot ánh sang thích hợp thì có hiện tượng quang điện xảy ra và các
electron quang điện bật ra khỏi katot. Dưới tác dụng của điện trường hướng từ anot sang
katot, các electron này chuyển động về phía anot tạo thanh dòng quang điện.
*Tăng hiệu điện thế UAK thì số electron đi về anot tăng, tức là cường độ dòng quang
điện tăng.
*Khi tăng UAK đến một giá trị nào đó thì tất cả các electron quang điện bứt ra khỏi
katot đều đã đi được về anot nên nếu tiếp tục tăng UAK thì cường độ dòng quang điện
không tăng nữa.
*Khi UAK  -Uh thì hiện tượng quang điện vẫn xảy ra nhưng tất cả các electron quang
điện bứt ra ở katot đều không đi được đến anot (do chịu tác dụng của điện trường cản)
nên không tạo thành dòng quang điện.
3. Ba định luật quang điện
Từ kết quả thí nghiệm với tế bào quang điện, người ta đã rút ra 3 định luật quang điện
Định luật 1:
Mỗi kim loại dùng làm catot có một bước sóng giới hạn 0 xác định gọi là giới hạn quang
điện. Hiện tượng quang điện chỉ xảy khi bước sóng  của ánh sáng kích thích nhỏ hơn hoặc
bằng giới hạn quang điện.
Chú ý:
-Điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện:   0
-Từ điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện, suy ra định nghĩa giới hạn quang điện: là
bước sóng lớn nhất có thể gây ra được hiện tượng quang điện đối với kim loại.
Định luật 2:
Đối với các ánh sáng đã thỏa mãn định luật quang điện 1 thì cường độ dòng quang điện
bão hòa tỉ lệ với cường độ của chùm sang kích thích.
Định luật 3:

4. Luyenthihanoi.com.vn
Động năng ban đầu cực của các electron quang điện không phụ thuộc vào cường độ của
chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất
kim loại dung làm katot.
4. Thuyết lượng tử
Dùng thuyết sóng ánh sáng không giải thích được 3 định luật quang điện.
Để khắc phục bế tắc này, năm 1900 Max Pank đã đưa ra giả thuyết gọi là giả thuyết Pank:
Nguyên tử hay phân tử không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà thành
từng phần riêng lẻ, mỗi phần đó mang một năng lượng  = hf
Với  gọi là lượng tử năng lượng (đơn vị: J)
f là tần số của ánh sáng
h = 6,625.10-34
(J.s) gọi là hằng số Plank
Năm 1905, Anbert Einstein đã mở rộng giả thuyết của Plank thành thuyết lượng tử ánh sáng
gồm các nội dung sau:
-Chùm sáng giống như một chùm hạt. Mỗi hạt gọi là 1 photon.
-Khi ánh sáng truyền đi, các photon bay dọc theo chiều truyền của tia sáng.
-Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các photon đều có năng lượng như nhau bằng  =
hf. Khi ánh sáng truyền đi, năng lượng của các photon không thay đổi, không phụ thuộc vào
khoảng cách đến nguồn sáng.
-Photon chỉ tồn tại ở trạng thái chuyển động. Trong chân không, photon bay với tốc độ c
= 3.108
m/s.
-Nguyên tử, phân tử hấp thụ hay bức xạ ánh sáng cũng có nghĩa là hấp thụ hay bức xạ
photon. Mỗi lần một nguyên tử (phân tử) phát xạ hay hấp thụ ánh sáng thì chúng chỉ phát ra
hay hấp thụ 1 photon.
-Khi xảy ra hiệu ứng quang điện, nguyên tử hấp thụ 1 photon làm giải phóng ra 1
electron. Năng lượng photon được dùng vào làm 2 việc:
*Thứ nhất, cung cấp cho electron một năng lượng để thoát ra khỏi nguyên tử (năng
lượng gọi là công thoát)
*Thứ hai, cung câp cho electron một động năng ban đầu để nó bay đi. Đối với các
electron lớp ngoài cùng thì động năng này có giá trị cực đại.
 = A + Wđ0max

5. Luyenthihanoi.com.vn
Chú ý: Dùng thuyết lượng tử, ta có thể giải thích được 3 định luật quang điện.
5. Các công thức cần nhớ để giải toán
*Năng lượng lượng tử (năng lượng 1 photon)
 = hf =
hc
λ
Trong đó:  là năng lượng 1 photon (đơn vị: J)
f là tần số của ánh sáng (đơn vị: Hz)
 là bước sóng của ánh sáng trong chân không (m)
h là hằng số Plank, h = 6,625.10-34
(J.s)
c là tốc độ ánh sáng trong chân không, c = 3.108
(m/s)
*Công thoát (năng lượng cần thiết để bứt 1 electron ra khỏi nguyên tử)
A = hf0 =
0
hc
λ
Với f0 là tần số giới hạn quang điện; 0 là bước sóng giới hạn quang điện
Chú ý:
-Đổi đơn vị:
, 0 thường có đơn vị m, phải đổi về m: 1 m = 10-6
m.
, A ngoài đơn vị chuẩn là J, người ta còn hay dùng đơn vị eV: 1 eV = 1,6.10-19
J
-Điều kiện để hiện tượng quang điện xảy ra: f  f0 hay   0
*Công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện:
 = A + Wđ0max
Với  = hf =
hc
λ
; A = hf0 =
0
hc
λ
; Wđ0max =
2
0max
m.v
2
Suy ra:
2
0max
0
hc hc mv
= +
λ λ 2
*Chú ý:

6. Luyenthihanoi.com.vn
-Khi ánh sáng đi từ môi trường này sang môi trường khác thì năng lượng của các
photon không thay đổi.
-Hợp kim là hỗn hợp của nhiều kim loại có giới hạn quang điện khác nhau thì giới hạn
quang điện của hợp kim là giới hạn quang điện lớn nhất.
-Nếu chùm sáng chiếu vào kim loại (chùm sáng kích thích) gồm nhiều ánh sáng đơn
sắc đều có thể gây ra hiệu ứng quang điện với kim loại thì khi tính toán ta chỉ lấy ánh
sáng có tần số lớn nhất hay bước sóng nhỏ nhất.
6. Bài tập vận dụng
Câu 1. Công thoát êlectron ra khỏi một kim loại A = 6,625.10-19
J. Cho hằng số Plăng h =
6,625.10-34
J.s, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.108
m/s. Giới hạn quang điện của kim
lọai đó là
A. 0,295 μm B. 0,300 μm C. 0,250 μm D. 0,375 µm
Câu 2. Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng λ vào bề mặt một tấm nhôm có giới hạn quang
điện 0,36µm. Hiện tượng quang điện không xảy ra nếu λ bằng
A. 0,24 µm. B. 0,42 µm. C. 0,30 µm. D. 0,28 µm.
Câu 3. Biết công thoát của êlectron khỏi một kim loại là 4,14 eV. Giới hạn quang điện của
kim loại đó là
A. 0,50 m. B. 0,26 m. C. 0,30 m. D. 0,35 m.
Câu 4. Công thóat êlectron ra khỏi một kim lọai 3,6.10-19
J, hằng số Plăng h = 6,625.10-34
J.s,
vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.108
m/s. Chiếu chùm sáng có bước sóng 0,3μm vào
kim loại trên. Vận tốc ban đầu cực đại của quang electron là
A. 8,15.105
m/s B. 9,42.105
m/s C. 2,18.105
m/s D. 4,84.106
m/s
Câu 5. Trong chân không, năng lượng của mỗi phôtôn ứng với ánh sáng có bước sóng 0,75
µm bằng
A. 2,65 eV. B. 1,66 eV. C. 2,65 MeV. D. 1,66 MeV.
Câu 6. Với ε1, ε2, ε3 lần lượt là năng lượng của phôtôn ứng với các bức xạ màu vàng, bức xạ
tử ngoại và bức xạ hồng ngoại thì
A. ε2 > ε1 > ε3. B. ε3 > ε1 > ε2. C. ε1 > ε2 > ε3. D. ε2 > ε3 > ε1.
Câu 7. Phát biểu nào sau đây sai khi nói về phôtôn ánh sáng?
A. Năng lượng của phôtôn ánh sáng tím lớn hơn năng lượng của phôtôn ánh sáng đỏ.
B. Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động.
C. Mỗi phôtôn có một năng lượng xác định.
D. Năng lượng của các phôtôn của các ánh sáng đơn sắc khác nhau đều bằng nhau.
Câu 8. Giới hạn quang điện của nhôm và của natri lần lượt là 0,36 µm và 0,50 µm. Biết 1eV
= 1,6.10-19
J. Công thoát của êlectron khỏi nhôm lớn hơn công thoát của êlectron khỏi natri
một lượng là:
A. 0,322 eV. B. 0,140 eV. C. 0,966 eV. D. 1,546 eV.
Câu 9. Giới hạn quang điện của một kim loại làm catốt của tế bào quang điện là λ0 = 0,50
μm. Biết vận tốc ánh sáng trong chân không và hằng số Plăng lần lượt là 3.108
m/s và

7. Luyenthihanoi.com.vn
6,625.10-34
J.s. Chiếu vào catốt của tế bào quang điện này bức xạ có bước sóng λ = 0,35 μm,
thì động năng ban đầu cực đại của êlectrôn (êlectron) quang điện là
A. 1,70.10-19
J. B. 70,00.10-19
J. C. 0,70.10-19
J. D. 17,00.10-19
J.
Câu 10. Khi truyền trong chân không, ánh sáng đỏ có bước sóng λ1 = 720 nm, ánh sáng tím
có bước sóng λ2 = 400 nm. Cho hai ánh sáng này truyền trong một môi trường trong suốt thì
chiết suất tuyệt đối của môi trường đó đối với hai ánh sáng này lần lượt là n1 = 1,33 và n2 =
1,34. Khi truyền trong môi trường trong suốt trên, tỉ số năng lượng của phôtôn có bước sóng
λ1 so với năng lượng của phôtôn có bước sóng λ2
A.
5
9
. B.
9
5
. C.
133
134
. D.
134
133
.
Câu 11. Chiếu lên bề mặt catốt của một tế bào quang điện chùm sáng đơn sắc có bước sóng
0,485 μm thì thấy có hiện tượng quang điện xảy ra. Biết hằng số Plăng h = 6,625.10-34
J.s,
vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.108
m/s, khối lượng nghỉ của êlectrôn (êlectron) là
9,1.10-31
kg và vận tốc ban đầu cực đại của êlectrôn quang điện là 4.105
m/s. Công thoát
êlectrôn của kim loại làm catốt bằng
A. 6,4.10-20
J. B. 6,4.10-21
J. C. 3,37.10-18
J. D. 3,37.10-19
J.
Câu 12. Lần lượt chiếu vào catốt của một tế bào quang điện các bức xạ điện từ gồm bức xạ
có bước sóng λ1 = 0,26 μm và bức xạ có bước sóng λ2 = 1,2λ1 thì vận tốc ban đầu cực đại của
các êlectrôn quang điện bứt ra từ catốt lần lượt là v1 và v2 với v2 = 1
3v
4
. Giới hạn quang điện
λ0 của kim loại làm catốt này là
A. 1,45 μm. B. 0,90 μm. C. 0,42 μm. D. 1,00 μm.
Câu 13. Chiếu đồng thời hai bức xạ có bước sóng 0,452 µm và 0,243 µm vào catôt của một
tế bào quang điện. Kim loại làm catôt có giới hạn quang điện là 0,5 µm. Lấy h = 6,625. 10-34
J.s, c = 3.108
m/s và me = 9,1.10-31
kg. Vận tốc ban đầu cực đại của các êlectron quang điện
A. 2,29.104
m/s. B. 9,24.103
m/s C. 9,61.105
m/s D. 1,34.106
m/s
Câu 14. Biết công thoát êlectron của các kim loại: canxi, kali, bạc và đồng lần lượt là: 2,89
eV; 2,26eV; 4,78 eV và 4,14 eV. Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,33 vào bề mặt các kim
loại trên. Hiện tượng quang điện không xảy ra với các kim loại nào sau đây?
A. Kali và đồng B. Canxi và bạc C. Bạc và đồng D. Kali và canxi
Câu 15. Một kim loại có công thoát êlectron là 7,2.10-19
J. Chiếu lần lượt vào kim loại này
các bức xạ có bước sóng λ1 = 0,18 μm, λ2 = 0,21 μm, λ3 = 0,32 μm và λ = 0,35 μm. Những
bức xạ có thể gây ra hiện tượng quang điện ở kim loại này có bước sóng là
A. λ1, λ2 và λ3. B. λ1 và λ2. C. λ2, λ3 và λ4. D. λ3 và λ4.
m