Chuyên đề Vật lí 12 CTST Bài 7. Hiệu ứng quang điện và năng lượng của photon có đáp án

Dự đoán hiện tượng: Nếu thay đèn hồ quang bằng nguồn ánh sáng nhìn thấy trong thí nghiệm của hertz sẽ không có dòng điện được tạo ra trong mạch.

Bởi vì: Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng có năng lượng đủ cao để đánh bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại. Ánh sáng nhìn thấy có năng lượng photon thấp hơn so với ánh sáng tử ngoại phát ra từ đèn hồ quang. Vì vậy nó không đủ năng lượng để đánh bật electron khỏi bề mặt kim loại.

Dự đoán hiện tượng: hiện tượng không xảy ra khi chiếu tia tử ngoại vào bản kẽm tích điện dương trong thí nghiệm của Hertz.

Bởi vì: bản kẽm tích điện dương thì nó sẽ hút các electron về phía nó. Chính vì vậy khi chiếu tia tử ngoại thì electron bị tia tử ngoại đánh bật ra khỏi bản kẽm sẽ bị hút trở lại bởi điện tích dương của bản kẽm. Do đó, electron không di chuyển tự do trong mạch điện để tạo ra dòng điện.

* Mục đích:

- Vẽ đường đặc trưng vôn - ampe của tế bào quang điện.

- Khảo sát sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện vào cường độ chùm sáng.

* Dụng cụ:

Bộ dụng cụ thí nghiệm khảo sát hiệu ứng quang điện được cho trong Hình 7.2, gồm:

- Tế bào quang điện (1).

- Nguồn sáng (2).

- Núm xoay (3) để điều chỉnh cường độ sáng của đèn.

- Hộp chân đế (4) có gắn biến thế nguồn với điện áp đầu vào 220 V và hiệu điện thế đầu ra tối đa 50 V.

- Núm xoay (5) để thay đổi hiệu điện thế đặt vào hai điện cực của tế bào quang điện.

- Công tắc thuận nghịch C (6) giúp đảo chiều hiệu điện thế U$_{AK}$.

- Kính lọc sắc F (7) đặt vào khe (8).

- Hai đồng hồ đo điện đa năng hiện số (9).

- Các dây nối (10).

* Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Lắp đặt dụng cụ như Hình 7.2 (sơ đồ thí nghiệm này được minh hoạ trong Hình 7.3). Các núm xoay (3) và (5) để ở vị trí tận cùng trái. Công tắc (6) ở vị trí thuận.

Bước 2: Cắm phích cắm của bộ dụng cụ vào nguồn điện 220 V để cấp điện cho mạch và đèn. Vặn núm xoay (3) để tăng dần độ sáng của đèn đến khi có dòng quang điện thì dừng lại.

Bước 3: Vặn núm xoay (5) để tăng dần hiệu điện thế U$_{AK}$ từ 0 và đồng thời ghi nhận các số chỉ I của microampe kế tương ứng với từng giá trị của U$_{AK}$, ghi vào vở theo mẫu Bảng 7.1.

Bước 4: Vặn núm xoay (5) về lại vị trí tận cùng trái. Chuyển công tắc (6) qua vị trí nghịch. Thực hiện lại bước 3.

Bước 5: Tăng cường độ của chùm sáng bằng cách tiếp tục vặn núm xoay (3) theo chiều cũ đến vị trí mới. Thực hiện lại các bước 3 và 4.

* Báo cáo kết quả thí nghiệm:

Dựa vào bảng số liệu, vẽ đường đặc trưng vôn - ampe của tế bào quang điện. Nhận xét về sự phụ thuộc của I vào U cường độ chùm sáng.

Vỏ của tế bào quang điện thường bằng thạch anh vì:

- Khả năng truyền ánh sáng tốt

- Chịu được nhiệt độ cao

- Khả năng cách điện tốt

- Khả năng chống ăn mòn tốt

Do khi xảy ra hiệu ứng quang điện, cường độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cường độ của bức xạ điện từ kích thích.

Các đường đồ thị (1), (2), (3) theo thứ tự tăng dần của cường độ bức xạ điện từ kích thích là: I$_{3}$ < I$_{2}$ < I$_{1}$