Effet
photoélectrique
EXERCICE
I :
1.
Donner la définition :
·
De l’effet photoélectrique ;
·
De la fréquence seuil ;
·
De l’énergie d’extraction ;
2.
A partir de quelle hypothèse peut-on expliquer l’effet photoélectrique ?
3.
L’énergie d’extraction d’un électron d’une plaque de sodium est
W0=2,18eV.
On éclaire successivement cette plaque par les radiations
suivantes :
·
Radiation lumineuse de longueur d’onde 𝜆=0,662µm
·
Radiation lumineuse de fréquence N=5.1014 Hz
·
Radiation lumineuse de période T= 1,3.10-15 s
Indiquer
dans chaque cas, s’il y a émission d’électrons. Justifier votre réponse.
4.
Dans le cas où il y a effet photoélectrique, calculer :
a- La vitesse maximale des électrons émis de la plaque
POUR A2 SEULEMENT
b- La valeur de la tension qu’il faut appliquer entre le métal
photoémissif et l’anode pour annuler le courant photoélectrique.
On donne : - constante de PLANCK : h=6,62.10-34 J. s
- Célérité de la propagation de la lumière : c= 3.108 m.s-1
- Masse d’électron : m=0,91.10-30 Kg
1eV = 1,6.10-19 J
EXERCICE II
On considère
une cellule photoémissive dont la cathode est recouverte de sodium. La
fréquence seuil de ce métal est 
= 5,1.1014 Hz
1.
Donner la définition de :
§
L’effet photoélectrique
§
La fréquence seuil.
2.
Calculer en joule (J) puis en électron-volt (eV) l’énergie
d’extraction d’un électron du métal de sodium.
3.
On utilise sur la cellule photoémissive une radiation de
longueur d’onde 𝜆=0,4.10-6 m. Calculer en joule (J) puis en électronvolt (eV)
l’énergie cinétique maximale d’un électron à la sortie de la cathode.
POUR A2 SEULEMENT
4.
Calculer la vitesse maximale de l’électron à la sortie de la
plaque de sodium.
On donne : - constante de PLANCK : h=6,62.10-34 J. s
- Célérité de la propagation de la lumière : c=
3.108 m.s-1
- Masse d’électron : m=0,91.10-30 Kg
1eV = 1,6.10-19 J
EXERCICE III
1.
Décrire une expérience mettant en évidence l’effet
photoélectrique. Faire un schéma du dispositif expérimental.
2.
La longueur d’onde seuil du zinc est de 0,37µm.
a- Définir la longueur d’onde seuil.
b- Calculer l’énergie d’extraction d’un électron du zinc en Joule
et en eV.
3.
On éclaire la cathode de zinc d’une cellule photoémissive à vide
avec une lumière de longueur d’onde 0,2µm.
a- Dans quel domaine se situe cette radiation ?
b- Calculer la vitesse maximale d’un électron à la sortie de
la cathode.
POUR A2 SEULEMENT
4.
Calculer le potentiel d’arrêt de la cellule pour cette radiation
On donne : - constante de PLANCK : h=6,62.10-34 J. s
-
Célérité de la propagation de la lumière : c= 3.108 m.s-1
-
Masse d’électron : m=0,91.10-30 Kg
-
Charge de l’électron : -1,6. 10-19 C
EXERCICE IV
On dispose
de 3 cellules photoémissives. Les cathodes sont respectivement couvertes de
césium (Ce), de potassium (K) et de lithium (Li). Les énergies d’extraction W0 de ces métaux sont données
dans le tableau ci-dessous.
|
Métal
|
Césium
|
Potassium
|
Lithium
|
|
W0 (eV)
|
1 ,19
|
2,29
|
2,39
|
1.
Qu’appelle-t-on énergie d’extraction ?
2.
On éclaire successivement chaque cellule par une radiation
monochromatique de longueur d’onde 𝜆=0,60µm
a- Calculer, en électron volt, l’énergie transportée par un photon
incident.
b- Avec laquelle de ces 3 cellules, obtient-on l’effet
photoélectrique ? Justifier votre réponse ?
c- Calculer en Joule l’énergie cinétique maximale à la sortie de la
cathode.
3.
Calculer la tension qu’il faut appliquer entre l’anode et la
cathode pour empêcher un électron de la cathode d’arriver à l’anode.
POUR A2 SEULEMENT
4.
Calculer la vitesse maximale d’un électron à la sortie de la
cathode.
On donne : - constante de PLANCK : h=6,62.10-34 J. s
- Masse d’un électron : m= 9.10-31 Kg
- C=3.108 ms-1
- 1eV = 1,6.10-19 J
- 1µm= 10-6m
EXERCICE V
La
surface métallique d’une cellule photoémissive est éclairée par une radiation
ultraviolette de fréquence γ= 15.1014 Hz. L’énergie
d’extraction d’un électron de la cellule est W0=7,2.10-19J
1.
Calculer, en électron volt (eV), l’énergie d’extraction W0 d’un électron de la cellule.
2.
Calculer l’énergie W transportée par un photon incident
3.
a- Expliquer pourquoi observe-t-on le phénomène d’effet
photoélectrique dans l’expérience précédente ?
b- calculer, en joule, l’énergie cinétique maximale d’un
électron à la sortie du métal
c- en déduire la vitesse maximale d’un électron à la sortie du métal.
POUR A2 SEULEMENT
4.
a- définir le potentiel d’arrêt de la cellule photoémissive.
b- calculer la valeur absolue du potentiel d’arrêt de la cellule.
On donne : - charge d’un électron : q= -e = -1,6.10-19C
- Masse d’un électron : m= 9.10-31 Kg
-
constante de PLANCK : h= 6,62.10-34J.s
- Célérité de la lumière ans le vide C=3.108 ms-1
1eV = 1,6.10-19 J