Giải bài tập SBT Vật Lí 12 Bài 32: Hiện tượng quang - phát quang

Sự phát sáng của nguồn sáng nào dưới đây là sự phát quang?

A. Bóng đèn xe máy

B. Hòn than hồng

C. Đèn LED

D. Ngôi sao băng

Phương pháp giải

Sử dụng lí thuyết hiện tượng quang phát quang

Hướng dẫn giải

- Sự phát sáng của đèn LED là sự quang phát quang

- Chọn C

Một chất phát quang có khả năng phát ra ánh sáng màu vàng lục khi được kích thích phát sáng. Khi chiếu vào chất đó ánh sáng đơn sắc nào dưới đây thì chất đó sẽ phát quang?

A. Lục

B. Vàng

C. Da cam

D. Đỏ

Phương pháp giải

Bước sóng ánh sáng kích thích nhỏ hơn ánh sáng phát quang λ_kt<λ_pq

Hướng dẫn giải

- Do chất phát quang có khả năng phát ra ánh sáng màu vàng lục khi được kích thích phát sáng nên ánh sáng chiếu vào chất đó là đơn sắc lục thì chất đó sẽ phát quang

- Chọn A

Ánh sáng phát quang của một chất có bước sóng 0,50μm. Nếu chiếu vào chất đó ánh sáng có bước sóng nào dưới đây thì nó sẽ không phát quang?

A. 0,30μm                       B. 0,40μm

C. 0,50μm                       D. 0,60μm

Phương pháp giải

Bước sóng ánh sáng kích thích nhỏ hơn ánh sáng phát quang λ_kt<λ_pq

Hướng dẫn giải

- Do λ_kt<λ_pq nên nếu chiếu vào chất đó ánh sáng có bước sóng 0,60μm thì nó sẽ không phát quang.

- Chọn D

Trong hiện tượng quang- phát quang, có sự hấp thụ ánh sáng để

A. tạo ra dòng điện trong chân không

B. thay đổi điện trở của vật

C. làm nóng vật

D. làm cho vật phát sáng

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được định nghĩa về hiện tượng quang - phát quang

Hướng dẫn giải

- Trong hiện tượng quang- phát quang, có sự hấp thụ ánh sáng để làm cho vật phát sáng

- Chọn D

Trong hiện tượng quang- phát quang, sự hấp thụ hoàn toàn một phôtôn sẽ đưa đến:

A. Sự giải phóng một êlectron tự do

B. Sự giải phong một êlectron liên kết

C. Sự giải phóng một cặp êlectron và lỗ trống

D. Sự phát ra một phôtôn khác

Phương pháp giải

Sự hấp thụ hoàn toàn một phôtôn sẽ dẫn đến sự phát ra một photon khác

Hướng dẫn giải

- Trong hiện tượng quang - phát quang, sự hấp thụ hoàn toàn một phôtôn sẽ đưa đến sự phát ra một photon khác.

- Chọn D

Hiện tượng quang- phát quang có thể xảy ra khi phôtôn bị

A. êlectron dẫn trong kẽm hấp thụ

B. êlectron liên kết trong CdS hấp thụ

C. phân tử chất diệp lục hấp thụ

D. hấp thụ trong cả ba trường hợp trên

Phương pháp giải

Khi phôtôn bị phân tử chất diệp lục hấp thụ sẽ xảy ra hiện tượng quang- phát quang 

Hướng dẫn giải

- Hiện tượng quang- phát quang có thể xảy ra khi phôtôn bị phân tử chất diệp lục hấp thụ

- Chọn C

Chọn câu đúng khi xét sự phát quang của một chất lỏng và một chất rắn.

A. Cả hai trường hợp phát quang đều là huỳnh quang.

B. Cả hai trường hợp phát quang đều là lân quang.

C. Sự phát quang của chất lỏng là huỳnh quang, của chất rắn là lân quang.

D. Sự phát quang của chất lỏng là lân quang, của chất rắn là huỳnh quang.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được lí thuyết về huỳnh quang và lân quang

Hướng dẫn giải

- Sự phát quang của chất lỏng là huỳnh quang, của chất rắn là lân quang.

- Chọn C

Trong trường hợp nào dưới đây có sự quang- phát quang?

A. Ta nhìn thấy màu xanh của một biển quảng cáo lúc ban ngày.

B. Ta nhìn thấy ánh sáng lục phát ra từ đầu các cọc tiêu trên đường núi khi có ánh sáng đèn ô tô chiếu vào.

C. Ta nhìn thấy ánh sáng của một ngọn đèn đường.

D. Ta nhìn thấy ánh sáng đỏ của một tấm kính đỏ.

Phương pháp giải

Khi ánh sáng đèn ô tô chiếu vào, đầu các cọc tiêu trên đường núi có sự quang phát quang

Hướng dẫn giải

- Trường hợp ta nhìn thấy ánh sáng lục phát ra từ đầu các cọc tiêu trên đường núi khi có ánh sáng đèn ô tô chiếu vào có sự quang phát quang

- Chọn B

Khi chiếu chùm tia tử ngoại vào một ống nghiệm đựng dung dịch fluorexêin thì thấy dung dịch này phát ra ánh sáng màu lục. Đó là hiện tượng

A. phản xạ ánh sáng

B. quang- phát quang

C. hóa- phát quang

D. tán sắc ánh sáng

Phương pháp giải

Hiện tượng quang - phát quang có ứng dụng có hiện tượng chiếu vào dung dịch fluorexêin chùm tia tử ngoại thì dung dịch phát ánh sáng màu lục

Hướng dẫn giải

- Khi chiếu chùm tia tử ngoại vào một ống nghiệm đựng dung dịch fluorexêin thì thấy dung dịch này phát ra ánh sáng màu lục. Đó là hiện tượng quang phát quang

- Chọn B

Sự phát sáng của các đèn ống do nguyên nhân nào dưới đây gây ra?

A. Sự nung nóng của hai sợi dây tóc ở hai đầu bóng đèn.

B. Sự nung nóng của khối khí ở bên trong bóng đèn.

C. Sự phát quang của lớp bột phủ ở thành trong của bóng đèn.

D. Sự nung nóng của lớp bột phủ ở thành trong của bóng đèn.

Phương pháp giải

Đèn ống phát quang do sự phát quang của lớp bột phủ ở thành

Hướng dẫn giải

- Sự phát sáng của các đèn ống do sự phát quang của lớp bột phủ ở thành trong của bóng đèn.

- Chọn C

Một chất có khả năng phát ra ánh sáng phát quang với tần số 6.1014Hz. Khi dùng ánh sáng có bước sóng nào dưới đây để kích thích thì chất này không thể phát quang?

A. 0,55μm                            B. 0,45μm

C. 0,38μm                            D. 0,40μm

Phương pháp giải

-  Áp dụng công thức λ= c/f để tính bước sóng

-  Dựa vào điều kiện phát quang: λ_kt<λ_pq 

Hướng dẫn giải

- Bước sóng:

\(\lambda = \frac{c}{f} = \frac{{{{3.10}^8}}}{{{{6.10}^{14}}}} = {0,5.10^{ - 6}}m = 0,5\mu m\)

- Bước sóng ánh sáng kích thích nhỏ hơn ánh sáng phát quang 

λ_kt<λ_pq ⇒ λ_kt= 0,55μm không thể gây ra hiện tượng quang phát quang

- Chọn A

Trong Hình 32.1:

- H biểu diễn một hồ quang.

- T là kính lọc sắc tím, cho các ánh sáng có bước sóng ngắn hơn bước sóng ánh sáng lục đi qua.

- V là kính lọc sắc vàng, cho các ánh sáng có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng lục đi qua.

Nếu phối hợp cả hai kính thì tất cả ánh sáng nhìn thấy được sẽ không thể đi qua.

- F là một bình đựng dung dịch fluorexêin. Chất này có thể phát quang màu vàng lục.

- G là một tờ giấy trắng.

- M là mắt người quan sát, nhìn vào bình F và tờ giấy.

Hỏi người quan sát sẽ nhìn thấy bình đựng chất phát quang và tờ giấy có màu gì trong bốn cách bố trí A,B,C và D?

Phương pháp giải

Dựa vào điều kiện phát quang: Bước sóng ánh sáng kích thích nhỏ hơn ánh sáng phát quang λ_kt<λ_pq

Hướng dẫn giải

A: F và G màu đen

B: F vàng lục, G đen

C: F đen , G vàng

D: F đen, G tím

Chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,30μm vào một chất thì thấy chất đó phát ra ánh sáng có bước sóng 0,50μm. Cho rằng công suất của chùm sáng phát quang chỉ bằng 0,01 công suất của chùm sáng kích thích. Hãy tính xem một phôtôn ánh sáng phát quang ứng với bao nhiêu phôtôn ánh sáng kích thích.

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức: n=Pε để tính số photon phát ra

- Dựa vào công thức tính năng lượng photon: ε=hc/λ

⇒ số photon ánh sáng kích thích ứng với một phôtôn ánh sáng phát quang là:

\({n = \frac{{{\lambda _{kt}}}}{{0,01{\lambda _{pq}}}}}\) với hiệu suất phát quang là 0,01

Hướng dẫn giải

- Số photon ánh sáng kích thích đi đến chất phát quang trong một giây:

\({n_{kt}} = \frac{{{P_{kt}}}}{{{\varepsilon _{kt}}}} = \frac{{{P_{kt}}}}{{\frac{{hc}}{{{\lambda _{kt}}}}}} = \frac{{{P_{kt}}{\lambda _{kt}}}}{{hc}}\)

- Số photon ánh sáng phát quang phát ra trong một giây: 

\({n_{pq}} = \frac{{{P_{pq}}}}{{{\varepsilon _{pq}}}} = \frac{{0,01{P_{kt}}}}{{\frac{{hc}}{{{\lambda _{pq}}}}}} = \frac{{0,01{P_{kt}}{\lambda _{pq}}}}{{hc}}\)

- Số photon ánh sáng kích thích ứng với một photon phát quang là

\(\begin{array}{l} n = \frac{{{n_{kt}}}}{{{n_{pq}}}} = \frac{{\frac{{{P_{kt}}{\lambda _{kt}}}}{{hc}}}}{{\frac{{0,01{P_{kt}}{\lambda _{pq}}}}{{hc}}}}\\ = \frac{{{\lambda _{kt}}}}{{0,01{\lambda _{pq}}}} = \frac{{0,3}}{{0,01.0,5}} = 600 \end{array}\)

Huy và Hà đều quan sát thấy có ánh sang phát ra từ một ngọn đèn, chiếu vào một vật, và có ánh sáng từ vật đó hắt ra. Tuy nhiên, Huy và Hà đã đưa ra những khẳng định khác nhau.

Huy cho rằng đó là hiện tượng phản xạ hoặc tán xạ ánh sáng.

Hà cho rằng đó là hiện tượng quang- phát quang.

a) Cần làm thêm những thí nghiệm nào để biết ai đúng, ai sai?

b) Kết quả thí nghiệm như thế nào thì sẽ kết luận được là Huy đúng?

c) Kết quả thí nghiệm như thế nào thì sẽ kết luận được là Hà đúng?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được nội dung về đặc điểm và ứng dụng của hiện tượng quang - phát quang

Hướng dẫn giải

a)- Cần xem theo phương phản xạ và theo các phương khác có ánh sáng hay không.

- Cần chiếu ánh sáng đơn sắc vào vật và xem ánh sáng từ vật hắt ra có cùng màu với ánh sáng tới hay không.

b) Nếu chỉ theo phương phản xạ mới có ánh sáng thì chắc chắn đó là hiện tượng phản xạ ánh sáng do đó, Huy nói đúng.

c) Nếu ánh sáng (đơn sắc) từ vật hắt ra khác màu với ánh sáng chiếu tới thì chắc chắn đó là hiện tượng quang - phát quang và Hà nói đúng.

Một chất phát quang được kích thích bằng ánh sáng có bước sóng 0,26μm thì phát ra ánh sáng có bước sóng 0,52μm. Giả sử công suất của chùm sáng phát quang bằng 20% công suất của chùm sáng kích thích. Tính tỉ số giữa số phôtôn ánh sáng kích thích và số phôtôn ánh sáng phát quang trong cùng một khoảng thời gian.

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức: n=Pε để tính số photon phát ra

- Dựa vào công thức tính năng lượng photon: ε=hc/λ

⇒ số photon ánh sáng kích thích ứng với một phôtôn ánh sáng phát quang là:

\({n = \frac{{{n_{kt}}}}{{{n_{pq}}}} = \frac{{{P_{kt}}{\lambda _{kt}}}}{{{P_{pq}}{\lambda _{pq}}}}}\)

 Hướng dẫn giải

- Số photon ánh sáng kích thích đi đến chất phát quang trong một giây: 

\({n_{kt}} = \frac{{{P_{kt}}}}{{{\varepsilon _{kt}}}} = \frac{{{P_{kt}}}}{{\frac{{hc}}{{{\lambda _{kt}}}}}} = \frac{{{P_{kt}}{\lambda _{kt}}}}{{hc}}\)

- Số photon ánh sáng phát quang phát ra trong một giây: 

\({n_{pq}} = \frac{{{P_{pq}}}}{{{\varepsilon _{pq}}}} = \frac{{0,01{P_{kt}}}}{{\frac{{hc}}{{{\lambda _{pq}}}}}} = \frac{{0,01{P_{kt}}{\lambda _{pq}}}}{{hc}}\)

- Tỉ số giữa số photon kích thích và số photon phát ra trong cùng một thời gian

\(\begin{array}{l} n = \frac{{{n_{kt}}}}{{{n_{pq}}}} = \frac{{\frac{{{P_{kt}}{\lambda _{kt}}}}{{hc}}}}{{\frac{{{P_{pq}}{\lambda _{pq}}}}{{hc}}}} = \frac{{{P_{kt}}{\lambda _{kt}}}}{{{P_{pq}}{\lambda _{pq}}}}\\ = \frac{{0,26}}{{0,2.0,52}} = 2,5 \end{array}\)

Người ta gọi hiệu suất của quá trình quang- phát quang là tỉ số giữa công suất của dòng ánh sáng phát quang với công suất cuar dòng ánh sáng kích thích. Thực nghiệm cho thấy hiệu suất phát quang của rất nhiều dung dịch phát quang vào cỡ 0,40. Cho rằng bước song ánh sáng kích thích vào khoảng 0,25μm và của ánh sáng phát quang vào khoảng 0,55μm. Tính hiệu suất lượng tử của các quá trình phát quang nói trên. Hiệu suất lượng tử của một quá trình phát quang là tỉ số giữa số phôtôn ánh sáng phát quang và số phôtôn ánh sáng kích thích trong cùng một khoảng thời gian.

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức: n=Pε để tính số photon phát ra

- Dựa vào công thức tính năng lượng photon: ε=hc/λ

⇒ Hiệu suất lượng tử của quá trình quang phát quang

\({H = \frac{{{n_{kt}}}}{{{n_{pq}}}} = \frac{{{P_{kt}}{\lambda _{kt}}}}{{{P_{pq}}{\lambda _{pq}}}}}\)

Hướng dẫn giải

- Số photon ánh sáng kích thích đi đến chất phát quang trong một giây:

\({n_{kt}} = \frac{{{P_{kt}}}}{{{\varepsilon _{kt}}}} = \frac{{{P_{kt}}}}{{\frac{{hc}}{{{\lambda _{kt}}}}}} = \frac{{{P_{kt}}{\lambda _{kt}}}}{{hc}}\)

- Số photon ánh sáng phát quang phát ra trong một giây: 

\({n_{pq}} = \frac{{{P_{pq}}}}{{{\varepsilon _{pq}}}} = \frac{{0,01{P_{kt}}}}{{\frac{{hc}}{{{\lambda _{pq}}}}}} = \frac{{0,01{P_{kt}}{\lambda _{pq}}}}{{hc}}\)

- Hiệu suất lượng tử của quá trình quang phát quang:

\(\begin{array}{*{20}{l}} {H = \frac{{{n_{pq}}}}{{{n_{kt}}}} = \frac{{{P_{pq}}{\lambda _{pq}}}}{{{P_{kt}}{\lambda _{kt}}}}}\\ { = \frac{{0,4.0,55}}{{0,25}} = 0,88} \end{array}\)