Effets photoélectriques – problèmes et solutions
1. L'énoncé correct concernant l' effet photoélectrique est…
A. Cela peut s'expliquer en considérant la lumière comme une onde.
B. Le nombre d'électrons libérés par la surface métallique diminuera si la fréquence de la lumière augmente.
C. L'intensité lumineuse n'affecte pas l'énergie des électrons sortant de la surface du métal.
D. L'effet photoélectrique se produit dans la région infrarouge.
E. L'effet photoélectrique se produira lorsque l'intensité lumineuse du métal sera élevée.
Solution
A. L' effet photoélectrique s'explique en considérant la lumière comme une particule et non comme une onde. L'énergie lumineuse n'est pas distribuée de manière continue comme les ondes, mais sous forme de petits paquets appelés photons, aussi appelés quanta de lumière (imaginez-les comme l'eau de pluie).
B. Si la fréquence de la lumière augmente, le nombre d'électrons éjectés de la surface métallique augmente également. Lorsque la fréquence de la lumière augmente, son énergie augmente aussi. Plus l'énergie absorbée est importante, plus le nombre d'électrons éjectés de la surface métallique est élevé.
C. L' intensité lumineuse correspond à la vitesse d'émission de l'énergie ou à la rapidité avec laquelle l'énergie lumineuse atteint la surface métallique. Une intensité lumineuse accrue ne signifie pas nécessairement une énergie lumineuse accrue. L'énergie du photon (E = hf) dépend de la fréquence (f) ou de la longueur d'onde et de la constante de Planck (h).
D. L'effet photoélectrique se produit à la fréquence ou à la longueur d'onde de la lumière ultraviolette. La fréquence ultraviolette correspond à la fréquence seuil à partir de laquelle l'énergie des photons est capable d'arracher des électrons à la surface du métal. La fréquence infrarouge est trop faible pour être impliquée ; autrement, la fréquence des rayons X et gamma serait supérieure à celle des ultraviolets.
E. L' intensité lumineuse n'affecte pas l' effet photoélectrique
La bonne réponse est C.
2.
(1) L'effet photoélectrique peut être expliqué en supposant que la lumière est constituée de paquets d'énergie
(2) L'effet photoélectrique peut prouver que la lumière peut se comporter comme un vague
(3) L'énergie des électrons émis par la surface métallique dépend de la fréquence
(4) L'effet photoélectrique se produit au voisinage de la région infrarouge
L'affirmation vraie concernant l'effet photoélectrique est…
A. (1) et (2)
B. (1) et (3)
C. (1) et (4)
D. (2) et (3)
E. (2) et (4)
Solution
La bonne réponse est b.
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3.
(1) Le détachement des électrons du métal est déterminé par la longueur d'onde de la lumière incidente
(2) L'intensité de la lumière incidente ne garantit pas l'extraction des électrons de la surface métallique.
(3) En dessous de la fréquence seuil, les électrons restent hors du métal car l'intensité de la lumière incidente est amplifiée.
L'énoncé correct relatif à l'effet photoélectrique est…
Solution
Affirmation (1) : Cette affirmation est vraie. Si la longueur d’onde émise est inférieure à la longueur d’onde seuil du métal, alors les électrons ne sont pas libérés.
Affirmation (2) : Cette affirmation est vraie. La sortie des électrons de la surface métallique dépend de la fréquence, de la longueur d’onde ou de l’énergie lumineuse.
Affirmation (3) : Cette affirmation est fausse. Les électrons sont expulsés du métal si la fréquence de la lumière est supérieure à la fréquence seuil du métal. L’absence d’électrons à la surface du métal dépend de l’énergie de la lumière et non de son intensité. L’énergie lumineuse dépend de la fréquence ou de la longueur d’onde (E = hf). L’intensité lumineuse est liée au taux d’émission d’énergie lumineuse.
4.
(1) Des électrons peuvent s'échapper des surfaces métalliques lorsque le métal est exposé à des ondes électromagnétiques.
(2) Le détachement des électrons de la surface métallique dépend de la fréquence de la lumière incidente
(3) Le travail d'extraction de chaque métal est identique.
L'énoncé correct relatif à l'effet photoélectrique est…
Solution
Affirmation (1) : Cette affirmation est vraie. Les ondes électromagnétiques sont composées de nombreux types d’ondes ayant des fréquences ou des longueurs d’onde différentes. Seules les ondes électromagnétiques dont la fréquence ou la longueur d’onde est supérieure à la fréquence ou à la longueur d’onde seuil peuvent arracher des électrons au métal.
Affirmation (2) : Cette affirmation est vraie. Si la fréquence de la lumière est inférieure à la fréquence seuil du métal, l’électron reste inséparable du métal. Inversement, si la fréquence de la lumière est supérieure à la fréquence seuil du métal, les électrons sont libérés du métal.
Affirmation (3) : Cette affirmation est fausse. Le travail d’extraction d’un métal correspond à l’énergie minimale requise pour arracher des électrons de sa surface. Le travail d’extraction de chaque métal dépend de ses caractéristiques.
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5.
( 1) Les électrons émis lors de l'effet photoélectrique sont appelés photons électrons
(2) Le taux d'électrons rayonnés ne dépend pas de l'intensité lumineuse qui concerne la surface métallique.
(3) L'énergie cinétique des électrons émis dépend de l'énergie des ondes lumineuses sur la surface du métal.
(4) Pour retirer des électrons d'une surface métallique indépendamment de la fréquence seuil (fo)
L'affirmation vraie concernant l'effet photoélectrique est…
Solution
(1) Les électrons émis sont appelés photoélectrons
(2) Le taux d'émission d'électrons correspond au nombre d'électrons émis par unité de temps. Ce taux est influencé par l'intensité lumineuse, elle-même liée au taux de transmission de la lumière. L'intensité lumineuse n'a d'effet que si l'énergie de la lumière dépasse l'énergie seuil du métal. Si l'énergie de la lumière est inférieure à cette énergie seuil, l'intensité lumineuse est sans effet.
(3) Cette affirmation est vraie. L'énergie cinétique des électrons émis dépend de l'énergie des ondes lumineuses à la surface du métal. L'électron est libéré de la surface du métal uniquement lorsque l'énergie lumineuse est supérieure à l'énergie seuil du métal.
(4) Cette affirmation est fausse. Si la fréquence de l'onde lumineuse incidente est inférieure à la fréquence seuil du métal, les électrons ne sont pas libérés. La décharge d'électrons dépend donc de la fréquence seuil.
6.
(1) la fréquence de la lumière éclairant la cathode doit être supérieure à la fréquence seuil
(2) le rendement de la cathode métallique est supérieur à l'énergie lumineuse qui l'éclaire.
(3) la longueur d'onde seuil doit être supérieure à la longueur d'onde de la lumière incidente sur la cathode
(4) l'énergie cinétique des électrons libérés par la cathode doit être supérieure à l'énergie seuil
Pour que les photoélectrons soient rencontrés :
Solution
(1) Cette affirmation est vraie. L'effet photoélectrique se produit lorsque la fréquence de la lumière éclairant le métal de la cathode est supérieure à la fréquence seuil du métal de la cathode.
(2) Cette affirmation est fausse. Le travail d'extraction correspond à l'énergie minimale requise pour libérer des électrons. Pour qu'un effet photoélectrique se produise, l'énergie lumineuse doit être supérieure au travail d'extraction de la cathode métallique.
(3) Cette affirmation est fausse. L'effet photoélectrique se produit lorsque la longueur d'onde de la lumière qui éclaire la cathode est supérieure à la longueur d'onde seuil de la cathode métallique.
(4) Cette affirmation est vraie. Pour s'échapper du métal, l'énergie cinétique des électrons doit être supérieure à l'énergie seuil du métal de la cathode.
Les réponses correctes sont (1) et (4).
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7. Prenez note de la déclaration suivante :
(1) La fonction active du métal doit être inférieure à l'énergie lumineuse éclairant la cathode métallique.
(2) L'énergie du seuil cathodique est supérieure à l'énergie lumineuse éclairant le métal cathodique
(3) L'énergie cinétique des électrons libérés par la cathode est toujours supérieure à l'énergie du seuil cathodique
(4) L'énergie cinétique des électrons libérés par la surface de la cathode est proportionnelle à l'énergie de la lumière qui éclaire la cathode.
L'énoncé exact concernant l'effet photoélectrique est…
Solution
(1) Cette affirmation est vraie
(2) Cette affirmation est fausse.
(3) Cette affirmation est vraie
(4) Cette affirmation n'est vraie que si l'énergie de la lumière incidente sur la cathode est supérieure à l'énergie seuil du métal cathodique. Si l'énergie de la lumière est inférieure à l'énergie seuil du métal, les électrons ne peuvent pas être arrachés de la surface de la cathode métallique.
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