Exercice Aspect ondulatoire de la lumière Exercice sur la lumière
Exercice I
On dispose d’une cellule photoélectrique dont le seuil d’extraction est de 2.4 eV. Elle est éclairée par un faisceau polychromatique composé de deux radiations de longueurs d’ondes λ1 = 430 nm et λ2 = 580 nm.
1. Effet photoélectrique.
1.1 Définir l’effet photoélectrique.
1.2 Représenter la variation de l’intensité traversant la cellule en fonction de la tension à ses bornes, UAC
1.3 Faire le schéma du montage électrique permettant de réaliser ces mesures.
2. On éclaire la cellule à l’aide de ces deux radiations.
2.1 Les deux radiations permettent-elles l’effet photoélectrique?
2.2 Quelle est la vitesse maximale des électrons qui sont arrachés à la photocathode ?
2.3 Définir et calculer le potentiel d’arrêt.
Exercice Obtention d’interférences lumineuses: les fentes d’Young Exercice sur la lumière
Exercice II
La lumière monochromatique de longueur d’onde λ=0,6 10-6 m provenant d’une source S éclaire un écran E percé de deux trous S1 et S2 parallèle à S, à égale distance de S. la fente S est à la distance l de E, et la distance des deux fentes S1 et S2 est a=1mm.Sur un écran E’ parallèle à E et situé à la distance D=1m de celui-ci, on observe la production des franges d’interférences.
1. Indiquer la position de la frange centrale.
2. À quelle distance de la frange centrale on observe, sur l’écran, les diverses franges brillantes?
3. Quelle est la distance entre deux franges brillantes?
4 On déplace la position de la fente S parallèlement à S1S2, d’une quantité SS’=1mm.
À quelle distance de O observe-t-on la frange centrale si l=D?
5. On ramène la première fente dans sa position initiale et on recouvre la fente S1 d’une lame de verre d’épaisseur e=8 10-6 m et d’indice n=1,5. À quelle distance de O observera-t-on la frange centrale?
Exercice corpusculaire de la lumière Exercice sur la lumière
Exercice III
On dispose d’une photocathode au césium éclairée par une lumière monochromatique. La longueur d’onde seuil pour le césium est λS= 0,66 10-6 m.
1. Déterminer le travail d’extraction d’un électron.
2. La lumière qui éclaire cette photocathode a une longueur d’onde λ= 0,44 10-6 m.
2.1 Déterminer l’énergie cinétique maximale d’un électron émis par la cathode.
2.2 Déterminer la vitesse de cet électron.
2.3 Déterminer la tension d’arrêt dans ces conditions.
3. Cette cellule est éclairée par un rayonnement de fréquence 5,5 1014Hz. À l’aide d’un générateur, on applique une tension UAC = 20 V qui accélère les électrons émis par effet photoélectrique. On observe une intensité de saturation Is = 2,0 mA lorsque la puissance reçue par la photocathode vaut 0,360 W.
3.1 Déterminer la sensibilité σ, de cette cellule.
3.2 Calculer le rendement quantique de la cellule.
Exercice effet photoélectrique Exercice sur la lumière
Exercice IV
Un faisceau éclaire une cathode d’une cellule photoélectrique. Le seuil de cette cathode au césium vaut ϑ0 = 4.54 1014Hz et son rendement quantique vaut r = 0,05. UAC = VA –VC.
1. Calculer la vitesse d’un électron lorsqu’il atteint l’anode si UAC = 100V.
2.1 Établir la relation entre Is, l’intensité de saturation et la puissance lumineuse P reçue par la cathode.
2.2 Déterminer Is sachant que P =10-3 W.
Exercice le rendement quantique d’une cellule photo électrique Exercice sur la lumière
Exercice V
On dispose d’une cellule photoélectrique au potassium dont le travail d’extraction est W = 2,2eV.
On détermine pour cette cellule, la tension d’arrêt en fonction de diverses fréquences d’éclairage. On obtient les résultats suivants : ( On a indiqué dans le tableau la valeur absolue de la tension d’arrêt).
ϑ (Hz).1014 | 7,00 | 8,00 | 9,001 |
\(\left| {{U_0}} \right|({\rm{V}})\) | 0,69 | 1,10 | 1,52 |
1. Tracer la courbe ϑ = f (|U0|) et conclure.
2. En déduire la valeur du seuil photoélectrique de cette photocathode. Ce résultat est il en accord avec la valeur du travail d’extraction?
3. Déterminer la valeur de la constante de Planck (h) à partir de la courbe réalisée. Cette valeur correspond-elle à la valeur admise?.
Exercice le potentiel d’arrêt Exercice sur la lumière
Exercice VI
Dans un dispositif d’étude expérimentale photoélectrique, l’intensité de saturation est IS=10 10-6 A. on appelle rendement quantique d’une cellule le rapport d’électrons émis par la cathode et le nombre de photons ayant éclairé cette cathode lorsque l’opération dure une seconde.
1. Calculer le nombre d’électrons émis par seconde.
2. Calculer le nombre de photons éclairant la cathode par seconde si le rendement est r=0,01 .
3. En déduire l’énergie lumineuse reçue par la cathode pendant une seconde sachant que la lumière est violette ( λ=0,4 10-6 m)
4. Quelle est finalement la puissance lumineuse reçue par la cathode?
5. Exprimer le rendement de la cellule en fonction de la fréquence lumineuse, de la puissance lumineuse reçue par la cathode et de l’intensité de saturation de la cellule
Exercice caractéristique photoélectrique Exercice sur la lumière
Exercice VII
On considère le dispositif de Young avec a=0,8 mm, D=2m et λ=0,56 10-6 m.
1. Calculer l’inter-frange i.
2. On recouvre la fente F1 par une lame à face parallèle d’indice n et d’épaisseur e0
2.1 Déterminer la nouvelle différence de marche.
2.2 On augmente progressivement l’épaisseur de la lame. On observe alors un déplacement progressif des franges sur l’écran, indiquer le sens du déplacement , justifier.
2.3 Pour e0, on observe une frange sombre en O et lorsqu’on fait varier l’épaisseur de la lame, on voit défiler k franges brillantes ( k entier ) jusqu’à ce que l’épaisseur devienne e et une frange noire en O. Calculer e-e0 sachant que k=9, λ=0,56 10-6 m et n=1,5.
2.4 On supprime la lame et on remplace la source de la lumière par une seconde source de lumière blanche composée de radiations comprises entre λ0=0,4 10-6 m et λ=0,75 10-6 m.
2.4.1 Qu’observe-t-on sur l’écran E
2.4.2 On dispose de la fente d’un spectroscope en un point E à la distance x = 15mm. Quelles sont les longueurs d’ondes des radiations complètement éteintes.
Exercice le potentiel d’arrêt Exercice sur la lumière
Exercice VIII
On envoie sur une cellule photoélectrique dont la cathode est en potassium une radiation ultraviolette, de longueur d’onde λ1 =0,253 10-6 m; l’énergie maximale des photoélectrons émis est de 3,14 eV. Lorsqu’on utilise une radiation visible de longueur d’onde λ2 =0,059 10-6 m, cette énergie est de 0,36 eV
1. Calculer la constance de Planck.
2. Calculer en eV l’énergie d’extraction minimale des électrons du potassium.
3. Calculer la longueur d’onde maximale produisant un effet photoélectrique sur le potassium.
4. On éclaire maintenant la cellule précédente avec une radiation de longueur d’onde 0,532 10-6 m.
4.1 Calculer la vitesse maximale des électrons émis par la cathode.
4.2 La puissance lumineuse reçue par la cathode est P=1,65 10-5 W et on admet que tous les électrons émis parviennent à l’anode. Calculer l’intensité de courant photoélectrique sachant que le rendement de la cellule est de 0,2℅.