Giải Vận dụng trang 56 Chuyên đề Vật lí 12

Lời giải

1) Nhận xét về giới hạn quang điện của chất nhạy quang Sb – Ce

Khi chiếu ánh sáng của LED màu lam (bước sóng cỡ $\lambda \approx 0,45\ \mu\text{m} \div 0,47\ \mu\text{m}$, nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy) vào catôt phủ chất nhạy quang Sb – Ce thì trong mạch xuất hiện dòng quang điện (xem Bảng 9.3). Điều đó chứng tỏ hiện tượng quang điện đã xảy ra, tức là bước sóng ánh sáng kích thích thỏa mãn điều kiện

$$\lambda \le \lambda_0$$

Suy ra giới hạn quang điện $\lambda_0$ của chất nhạy quang Sb – Ce phải lớn hơn (hoặc bằng) bước sóng của ánh sáng lam, nghĩa là $\lambda_0$ nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy (cỡ $0,6\ \mu\text{m}$, phía ánh sáng vàng – cam).

Kết luận: Sb – Ce là chất nhạy quang với ánh sáng nhìn thấy; giới hạn quang điện của nó tương đối lớn, đủ để ánh sáng lam (và các ánh sáng có bước sóng ngắn hơn như tím) gây ra hiện tượng quang điện.

2) Vẽ đồ thị đường đặc trưng vôn – ampe

Chọn trục hoành là hiệu điện thế $U_{AK}$ (V), trục tung là cường độ dòng quang điện $I$ ($\mu$A). Biểu diễn 7 điểm thực nghiệm:

$(-0,8;\ 0,00)$; $(-0,5;\ 0,25)$; $(0,0;\ 2,50)$; $(3,0;\ 13,00)$; $(8,0;\ 16,40)$; $(14,0;\ 17,26)$; $(17,0;\ 17,27)$.

Nối các điểm bằng một đường cong trơn, ta được đường đặc trưng vôn – ampe có dạng đặc trưng của tế bào quang điện:

a) Khi $U_{AK}$ còn âm, dòng điện nhỏ; tại $U_{AK} = -0,8\ \text{V}$ thì $I = 0$.

b) Khi $U_{AK}$ tăng, dòng $I$ tăng nhanh rồi tăng chậm dần.

c) Khi $U_{AK}$ đủ lớn (từ khoảng $14\ \text{V}$ trở đi), dòng điện gần như không đổi — đồ thị nằm ngang: dòng quang điện đạt giá trị bão hòa.

3) Xác định hiệu điện thế hãm $U_h$

Hiệu điện thế hãm là độ lớn của hiệu điện thế $U_{AK}$ âm vừa đủ để triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện ($I = 0$). Từ Bảng 9.3, dòng quang điện bằng 0 khi $U_{AK} = -0,8\ \text{V}$. Do đó

$$U_h = 0,8\ \text{V}.$$

4) Xác định cường độ dòng quang điện bão hòa $I_{bh}$

Khi $U_{AK}$ đủ lớn, cường độ dòng điện đạt giá trị ổn định (không tăng thêm dù tăng $U_{AK}$). Từ bảng, với $U_{AK} = 14,0\ \text{V}$ và $17,0\ \text{V}$ thì $I$ gần như không đổi: $17,26\ \mu\text{A}$ và $17,27\ \mu\text{A}$. Vậy cường độ dòng quang điện bão hòa

$$I_{bh} \approx 17,3\ \mu\text{A}.$$

Đáp số