Đề ôn tập Vật lí số 13: Hiệu ứng quang điện

Đề tự biên soạn, không phải đề thi chính thức. Chiếu ánh sáng lên một kim loại có công thoát φ=2,00 eV. Dùng hc≈1 240 eV·nm, c=3,00×10⁸ m/s. Khi tính điện áp hãm, dùng trị số điện tử: động năng cực đại tính bằng eV có cùng trị số với điện áp hãm tính bằng V. Bỏ qua sai số thực nghiệm.

Các trường hợp so sánh: ánh sáng bước sóng λ=400 nm; ngưỡng phát xạ của chính kim loại; và thay đổi cường độ sáng nhưng giữ nguyên bước sóng 400 nm.

Phần I. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn

1. Câu 1. Bước sóng giới hạn phát quang điện của kim loại gần bằng: A. 620 nm; B. 400 nm; C. 248 nm; D. 1 240 nm.
2. Câu 2. Tần số ngưỡng phát xạ gần bằng: A. 2,42×10¹⁴ Hz; B. 4,84×10¹⁴ Hz; C. 6,20×10¹⁴ Hz; D. 1,24×10¹⁵ Hz.
3. Câu 3. Năng lượng photon bước sóng 400 nm là: A. 1,10 eV; B. 2,00 eV; C. 3,10 eV; D. 4,00 eV.
4. Câu 4. Động năng cực đại của quang electron ở bước sóng 400 nm là: A. 5,10 eV; B. 0,50 eV; C. 2,00 eV; D. 1,10 eV.
5. Câu 5. Điện áp hãm ứng với λ=400 nm gần bằng: A. 1,10 V; B. 2,00 V; C. 3,10 V; D. 4,84 V.
6. Câu 6. Với photon 400 nm, kim loại: A. không phát electron vì λ lớn hơn bước sóng giới hạn; B. phát quang electron vì photon có năng lượng lớn hơn công thoát; C. phát electron chỉ khi tăng cường độ vô hạn; D. phát electron có động năng 3,10 eV.
7. Câu 7. Nếu tăng cường độ sáng ở 400 nm nhưng giữ nguyên tần số, theo mô hình quang điện: A. động năng cực đại tăng theo cường độ; B. công thoát giảm; C. tần số ngưỡng tăng; D. số electron phát ra mỗi giây có thể tăng, còn động năng cực đại không đổi.
8. Câu 8. Nếu tăng tần số ánh sáng vượt ngưỡng, động năng cực đại: A. không đổi; B. giảm về 0; C. tăng theo độ tăng năng lượng photon; D. bằng công thoát.
9. Câu 9. Photon có bước sóng 700 nm chiếu vào kim loại này: A. không gây phát quang điện trong mô hình; B. gây phát xạ với Kmax=2 eV; C. gây phát xạ vì cường độ đủ lớn; D. có năng lượng 3,10 eV.
10. Câu 10. Công thoát 2,00 eV tương đương năng lượng gần bằng: A. 2,00 J; B. 3,20×10⁻¹⁹ J; C. 1,60×10⁻¹⁹ J; D. 3,20×10⁻¹⁹ eV.
11. Câu 11. Tại đúng tần số ngưỡng, động năng cực đại electron vừa thoát là: A. 2 eV; B. 1 eV; C. 0; D. phụ thuộc cường độ.
12. Câu 12. Năng lượng photon 620 nm gần bằng: A. 1 eV; B. 1,5 eV; C. 3,1 eV; D. 2,0 eV.
13. Câu 13. Muốn photon giải phóng electron khỏi kim loại này, bước sóng cần: A. không lớn hơn xấp xỉ 620 nm; B. lớn hơn 700 nm; C. luôn đúng 700 nm; D. bất kì bước sóng nào nếu tăng cường độ.
14. Câu 14. Ánh sáng 400 nm được thay bằng 300 nm. Năng lượng photon mới gần bằng: A. 3,10 eV; B. 4,13 eV; C. 2,00 eV; D. 1,10 eV.
15. Câu 15. Động năng cực đại khi λ=300 nm gần bằng: A. 2,00 eV; B. 3,10 eV; C. 2,13 eV; D. 4,13 eV.
16. Câu 16. Trong thí nghiệm, điện áp hãm đo động năng cực đại thông qua: A. dòng điện tối đa; B. công thoát trực tiếp; C. tần số ánh sáng; D. công của điện trường làm dừng electron nhanh nhất.
17. Câu 17. Đổi công thoát từ eV sang J cần nhân với: A. 1,60×10⁻¹⁹ J/eV; B. 3,00×10⁸ m/s; C. 6,63×10⁻³⁴ J·s; D. 1 240 nm·eV.
18. Câu 18. Kết luận nào phù hợp với mô hình photon? A. Chỉ cường độ quyết định electron có thoát hay không; B. Năng lượng mỗi photon bằng hf và phát xạ cần photon đạt ít nhất công thoát; C. Photon năng lượng nhỏ có thể tích lũy vô hạn trên một electron; D. mọi tần số đều gây phát xạ.

Phần II. Đúng/Sai

Câu 1. Ngưỡng phát xạ

1. Với φ=2,00 eV, bước sóng giới hạn xấp xỉ 620 nm.
2. Tần số ngưỡng xấp xỉ 4,84×10¹⁴ Hz.
3. Photon có λ=700 nm đủ năng lượng để gây phát xạ.
4. Tại ngưỡng, Kmax bằng 0 trong mô hình lí tưởng.

Câu 2. Photon 400 nm

1. Năng lượng photon xấp xỉ 3,10 eV.
2. Động năng cực đại xấp xỉ 1,10 eV.
3. Điện áp hãm xấp xỉ 1,10 V.
4. Động năng cực đại bằng toàn bộ năng lượng photon.

Câu 3. Cường độ và tần số

1. Tăng cường độ ở cùng tần số trên ngưỡng có thể tăng số electron phát ra.
2. Tăng cường độ ở cùng tần số làm tăng động năng cực đại trong mô hình Einstein.
3. Tăng tần số photon trên ngưỡng làm tăng động năng cực đại nếu công thoát giữ nguyên.
4. Dưới tần số ngưỡng, tăng cường độ tùy ý vẫn không làm photon riêng lẻ đủ năng lượng theo mô hình.

Câu 4. Đơn vị và năng lượng

1. 1 eV≈1,60×10⁻¹⁹ J.
2. Photon 300 nm có năng lượng lớn hơn photon 400 nm.
3. Trong điều kiện trên, λ=300 nm cho Kmax≈2,13 eV.
4. Công thoát của một bề mặt kim loại phụ thuộc cường độ chiếu sáng trong mô hình bài này.

Phần III. Trả lời ngắn

1. Câu 1: Tính năng lượng một photon có bước sóng 500 nm (eV).
2. Câu 2: Với kim loại có công thoát 2,00 eV, tính động năng cực đại của electron khi chiếu ánh sáng 500 nm (eV).
3. Câu 3: Giữ nguyên kim loại, tăng tần số ánh sáng thêm 1,00×10¹⁴ Hz. Động năng cực đại tăng bao nhiêu eV? Dùng h=4,14×10⁻¹⁵ eV·s.
4. Câu 4: Một kim loại khác có công thoát 2,50 eV. Tần số ngưỡng của nó cao hơn tần số ngưỡng của kim loại ban đầu bao nhiêu? Dùng h=4,14×10⁻¹⁵ eV·s; làm tròn ba chữ số có nghĩa.
5. Câu 5: Với kim loại ban đầu và ánh sáng 400 nm, nếu tăng cường độ lên ba lần, động năng cực đại của mỗi quang electron thay đổi thế nào? Nêu giá trị của nó (eV).
6. Câu 6: Photon 700 nm thiếu bao nhiêu eV để đạt công thoát 2,00 eV của kim loại ban đầu? Làm tròn đến 0,01 eV.

Đáp án và lời giải

Phần I

1. Câu 1. A. λ0=hc/φ=1 240/2,00=620 nm.
2. Câu 2. B. f0=c/λ0=3,00×10⁸/(620×10⁻⁹)≈4,84×10¹⁴ Hz.
3. Câu 3. C. E=hc/λ=1 240/400=3,10 eV, lớn hơn công thoát 2,00 eV.
4. Câu 4. D. Kmax=E−φ=3,10−2,00=1,10 eV.
5. Câu 5. A. Một electron cần 1 eV để bị hãm qua 1 V; vậy Vs≈Kmax/e=1,10 V.
6. Câu 6. B. Photon 400 nm có 3,10 eV, vượt công thoát 2,00 eV nên có thể tạo quang electron.
7. Câu 7. D. Tăng cường độ làm tăng số photon đến mỗi giây, không đổi năng lượng từng photon khi tần số giữ nguyên.
8. Câu 8. C. Kmax=hf−φ; giữ φ không đổi thì tần số tăng làm năng lượng photon và Kmax tăng.
9. Câu 9. A. E=1 240/700≈1,77 eV, nhỏ hơn công thoát 2,00 eV.
10. Câu 10. B. 2 eV×1,60×10⁻¹⁹ J/eV=3,20×10⁻¹⁹ J.
11. Câu 11. C. Ở ngưỡng, năng lượng photon vừa đủ công thoát nên phần còn lại cho động năng bằng 0.
12. Câu 12. D. Thay λ=620 nm vào E=hc/λ: E=1 240/620=2,00 eV.
13. Câu 13. A. Điều kiện E≥φ tương đương λ≤hc/φ≈620 nm.
14. Câu 14. B. Với bước sóng 300 nm, E=1 240/300≈4,13 eV.
15. Câu 15. C. Trừ công thoát khỏi năng lượng photon: Kmax≈4,13−2,00=2,13 eV.
16. Câu 16. D. Điện trường hãm làm công để triệt tiêu động năng lớn nhất; độ lớn điện áp hãm liên hệ Kmax=eVs.
17. Câu 17. A. Electronvolt là năng lượng electron nhận khi đi qua hiệu điện thế 1 V, bằng khoảng 1,60×10⁻¹⁹ J.
18. Câu 18. B. Năng lượng từng photon phụ thuộc tần số; phát xạ cần photon đơn lẻ có năng lượng ít nhất bằng công thoát.

Phần II

1. Câu 1: a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng. 700 nm dài hơn ngưỡng nên photon có năng lượng thấp hơn công thoát.
2. Câu 2: a) Đúng; b) Đúng; c) Đúng; d) Sai. Kmax là phần năng lượng photon còn lại sau khi trừ công thoát.
3. Câu 3: a) Đúng; b) Sai; c) Đúng; d) Đúng. Trong mô hình photon, cường độ thay đổi số photon chứ không đổi năng lượng mỗi photon khi tần số giữ nguyên.
4. Câu 4: a) Đúng; b) Đúng; c) Đúng; d) Sai. Công thoát là đặc trưng vật liệu/bề mặt, không do cường độ chiếu quyết định trong mô hình.

Phần III

1. Câu 1: E=1 240/500=2,48 eV.
2. Câu 2: Kmax=2,48−2,00=0,48 eV.
3. Câu 3: ΔKmax=hΔf=(4,14×10⁻¹⁵)(1,00×10¹⁴)=0,414 eV.
4. Câu 4: Vì f₀=φ/h, độ chênh tần số ngưỡng là Δf₀=(2,50−2,00)/(4,14×10⁻¹⁵)≈1,21×10¹⁴ Hz.
5. Câu 5: Động năng cực đại không đổi vì tần số giữ nguyên: Kmax=3,10−2,00=1,10 eV. Cường độ lớn hơn làm tăng thông lượng photon; số electron thu được có thể tăng nếu hiệu suất phát xạ và thu gom giữ nguyên.
6. Câu 6: Photon 700 nm có E=1 240/700≈1,77 eV; phần thiếu là 2,00−1,77=0,23 eV.

Tài liệu tham chiếu và phạm vi kiểm chứng

• OpenStax, University Physics Vol. 3, 6.2: Photoelectric Effect — công thoát, tần số ngưỡng, động năng cực đại và ảnh hưởng riêng của cường độ.
• Cục Quản lý chất lượng, Bộ GDĐT: cấu trúc đề thi tốt nghiệp THPT từ năm 2025 — dạng thức câu hỏi trắc nghiệm.

Các kết quả sử dụng hc đã làm tròn theo dữ kiện đề; Kmax, ngưỡng, điện áp hãm và đổi đơn vị được tính lại. Đề còn chờ giáo viên Vật lí thẩm định độc lập.