Série d'exercices Effet photoélectrique - Ts
Classe:
Terminale
Exercice 1
Une surface métallique est éclairé par la lumière UV de longueur d'onde λ=0.150μm.
Elle émet des électrons dont l'énergie cinétique maximale à 4.8eV.
a) Calculer le travail d'extraction W0
b) Quelle est la nature du métal ?
MétalSeuil photoélectrique λ0(μm)Zn0.35Al0.365Na0.50K0.55Sr0.60Cs0.66
c) Quelle tension serait nécessaire pour arrêter cette émission
d) Pour augmenter la vitesse maximale d'émission, faut-il changer sa longueur d'onde ?
Exercice 2
1) Décrire une cellule photoélectrique dite cellule photoémissive à vide
Dessiner un schéma de montage à réaliser pour mettre en évidence l'effet photoélectrique en utilisant cette cellule
2) La longueur d'onde correspondante au seuil photoélectrique d'une photocathode émissive au césium est λ0=0.66⋅10−6m
a) Quelle est en joules et en eV l'énergie d'extraction W0 d'un électron ?
Exprimer cette énergie en eV
b) La couche de césium reçoit une radiation monochromatique de longueur d'onde λ=0.44⋅10−6m
Déterminer l'énergie cinétique maximale Ec d'un électron émis au niveau de la cathode.
L'exprimer en joules puis en eV.
Exercice 3
On utilise une cellule photoélectrique au césium
Pour différentes radiations incidentes, on mesure la tension qui annule le courant photoélectrique (Tension d'arrêt)

Les résultats sont les suivants :
λ(μm)0.600.500.400.30U(V)0.190.601.222.26
1) Exprimer l'énergie cinétique de l'électron au départ de la couche photoémissive en fonction de la fréquence ѵ et du travail d'extraction W0
2) Faire le schéma du montage utilisé
Exprimer la tension d'arrêt en fonction de ѵ et W0
3) Calculer les fréquences ѵ des radiations utilisées
4) Tracer la courbe représentant la fonction U=f(ѵ) et en déduire la fréquence ѵ0 du seuil photoélectrique du césium, ainsi que la longueur d'onde λ0 correspondante
Exercice 4
On réalise le montage suivant avec une cellule photoémissive à vide éclairée par une lumière monochromatique de fréquence (schéma)
Pour chaque valeur de ѵi, la tension UCA entre cathode et anode est réglée à la valeur U0 juste nécessaire pour l'intensité i traversant la cellule.
Le voltmètre indique alors U0
On obtient les valeurs suivantes :
V(Hz)6⋅10147⋅10148⋅10149⋅101410⋅1014U0(V)0.40.81.241.662.08
1) Rappeler : l'expression de l'énergie d'un photon de fréquence ѵ ; l'expression de l'énergie maximale des électrons émis par la cathode en fonction de U0
En déduire la relation existant entre ѵ, U0, h (constante de Planck), e et W0 travail d'extraction correspondant à la cellule utilisée
2) Faire la représentation graphique des variations de U0 en fonction de ѵ
Abscisses : 1cm pour 1014Hz ;
ordonnées : 1cm pour 0.2V
En déduire le seuil de fréquence ѵ0 de la cellule, la constante de Planck h et W0 (exprimé en électron-volt)
Exercice 5
La charge de l'électron est −e=−1.6⋅10−19C.
On éclaire une cellule photoélectrique par un faisceau lumineux monochromatique de fréquence ѵ et on mesure le potentiel d'arrêt U0 de la cellule.
1) Faire un schéma du montage utilisé
2) On répète l'opération en utilisant diverses radiations et on obtient les résultats suivants :
V(Hz)5.18⋅10145.49⋅10145.88⋅10146.17⋅10146.41⋅10146.78⋅10146.91⋅10147.31⋅1014U0(V)0.0420.1710.3320.4520.560.7060.7580.924
Tracer sur papier millimétré, le graphe U0=f(ѵ) en utilisant les échelles suivantes : 10cm pour 1V ; 2cm pour 1014Hz.
3) Rappeler la relation entre le potentiel d'arrêt, le travail d'extraction W0, d'un électron du métal de la cathode et l'énergie des photons incidents
4) Déterminer à l'aide du graphique :
a) La constante de Planck
b) Le travail d'extraction d'un électron du métal de la cathode.
5) Citer autre phénomène qui, comme l'effet photoélectrique la nature corpusculaire de la lumière.
Quelle caractéristique du photon met-il en évidence
Exercice 6
La courbe de la figure ci-dessous représente les variations de |U0| en fonction de 1λ

|U0| désigne la valeur absolue du potentiel d'arrêt d'une cellule photoélectrique et λ, la longueur d'onde de la radiation monochromatique qui éclaire la cathode de la cellule.
1) Déterminer graphiquement l'équation de la courbe représentant |U0|=f(1λ)
2) a) Établir la relation entre le potentiel d'arrêt U0, le travail d'extraction W0 d'un électron du métal de la cathode et l'énergie W d'un photon incident.
En déduire l'expression de |U0| en fonction de
b) En identifiant la relation précédente à celle trouvée graphiquement dans la première question, déterminer une valeur approchée de la constante de Planck h et calculer W0.
3) On éclaire maintenant la cellule photoélectrique par une lumière monochromatique de longueur d'onde λ=0.588μm.
a) Calculer, dans le système international d'unités, l'énergie W et la quantité de mouvement ‖→P‖ en MeV⋅c−1
b) A l'aide de la courbe représentant |U0|=(1λ), calculer le potentiel d'arrêt U0 correspondant et en déduire la valeur de l'énergie cinétique maximale des électrons émis par la cathode.
c) En supposant relativiste toute particule animée, dans un repère galiléen, d'une vitesse supérieure à 0.14c, montrer que l'énergie cinétique d'une telle particule doit être supérieure à une fraction minimale x de son énergie au repos.
Calculer x.
En déduire si les électrons émis par la cathode sont relativistes ou non.
d) Calculer alors la vitesse maximale d'émission d'un électron par la cathode.
On donne :
∗ La célérité de la lumière dans le vide : c=3⋅108m⋅s−1
∗ La masse d'un électron : m=9.1⋅10−19C.
∗ La constante de Planck : h=6.62⋅10−34Js
Exercice 7
Une cellule photoélectrique comporte une cathode (C) constituée d'une surface métallique dont l'énergie d'extraction est W0=2.5eV.
Un dispositif expérimental permet d'éclairer (C) avec l'une des radiations de longueur d'onde : 623.6nm ; 413.7nm ; 560.0nm ; 451.4nm.
1) Quelle est la valeur λ0 de la longueur d'onde du seuil photoélectrique ?
2) Parmi les quatre radiations monochromatiques considérées, deux seulement de longueur d'onde λ1 et λ2 peuvent extraire des électrons du métal et leur communiquer une énergie cinétique.
a) Donner les valeurs de λ1 et λ2 ?
b) Montrer que l'expression du potentiel d'arrêt s'écrit U0=−Ece où Ec est l'énergie cinétique de l'électron émis et (−e) sa charge électrique.
c) Calculer la valeur du potentiel d'arrêt correspondant à chacune des deux radiations de longueur d'onde λ1 et λ2 capables d'extraire un électron du métal et lui communiquer une énergie cinétique.
3) On éclaire simultanément la cathode (C) par les des deux radiations de longueur d'onde λ1 et λ2.
Déterminer, en le justifiant, la valeur du potentiel d'arrêt correspondant à cette expérience.
Données :
constante de Planck h=6.62⋅10−34J⋅s
charge d'un électron −e=−1.6⋅10−19C
célérité de la lumière c=3⋅108m⋅s
−11nm=10−9m.
1eV=1.6⋅10−19J
Commentaires
Anonyme (non vérifié)
jeu, 03/31/2022 - 23:33
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correction?
Zakia (non vérifié)
ven, 05/27/2022 - 15:07
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Corrigé
Anonyme (non vérifié)
lun, 04/18/2022 - 10:58
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La correction
Anonyme (non vérifié)
lun, 04/18/2022 - 10:59
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J'ai besoin la correction
Latyr ngom (non vérifié)
mer, 05/25/2022 - 17:44
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On a besoin du correction
Sanae najmi (non vérifié)
dim, 05/14/2023 - 21:12
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physique
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