CORRIGES :

EXERCICE I : 

1-C’est l’extraction d’électrons d’un métal convenablement éclairé.

- L’effet photoélectrique se retrouve dans les dispositifs de commande tels que : la mise en marche d’un escalier roulant, l’ouverture automatique d’une porte, le déclenchement d’un système d’alarme… « Un faisceau lumineux (invisible) tombant sur une photopile y produit un courant photoélectrique dont la suppression par un corps déclenche le fonctionnement d’un dispositif »

 - Il est aussi utilisé dans les cellules photovoltaïques par une transformation de l’énergie solaire en énergie électrique.

E=h

2.1-Calcul de l’énergie transportée par les photons

E=h𝜐=6,63x10^-34x8,33x10¹⁴=55,22.10^-20J

2.2-Calcul du trail d’extraction d’un électron

W₀=h𝜐₀=6,63x10^-34x6,82x10¹⁴=.45,35. 10^-20J

W>W₀ il y a effet photoélectrique.

EXERCICE II :

1-W₀=h𝜐₀=hc/λ₀=6,62.10^-34x3.10⁸/350.10^-9=5,67.10^-11 J

2- il faut que λ<λ0

λ₁=200nm<λ₀ donc la première radiation est capable de produire l’effet photoélectrique pour ce métal.

λ₂=480nm>λ₀ donc la première radiation est incapable de produire l’effet photoélectrique pour ce métal.

λ₃=800nm>λ₀ donc la première radiation est incapable de produire l’effet photoélectrique pour ce métal.

EXERCICE III :

1-C’est l’énergie minimale nécessaire pour expulser un électron du métal.

2-Celle-ci est donnée par la relation E=h𝜐

a-

b-On obtient l’effet photoélectrique avec la cellule en césium car son énergie d’extraction est inférieure à l’énergie transportée par le photon.

W_o(Cs)= 1,87eV < E  =2,1eV.

c- E(photon)=Wo+Ec

Ec=2,1-1,87=0.23eV=0.23 eV  soit 0,23x1,6.10^-19= 0,368.10^-19J

 d-Le potentiel d’arrêt U₀ est le potentiel qu’il faut donner à l’anode pour stopper le flux d’électrons, donc annuler le courant.

 Les électrons étant chargés négativement, ce potentiel U₀ doit être également négatif pour les repousser (ou plus exactement plus faible que le potentiel de C ce qui revient à dire que la tension U_AC  entre C et A doit être négative) 

L’application du théorème de l’énergie cinétique permet d’évaluer U₀.

Etat initial= électron expulsé de la cathode avec une énergie cinétique Ec.

Le potentiel de la cathode est choisi nul.

Etat final=électron arrivant à l’anode avec une énergie cinétique nulle.

0-Ec=W(F)=qE.=-e.U_CA(*)=-e(Vc-V_A)=-e(0-V_A)=V_A

V_A*e=-Ec

Effectuons le calcul en unité SI.(énergie en joules)

V_A=U_o=-Ec/e=-0.23*1.6.10^-19/1,6.10^-19=-0.23V.

Sa valeur absolue est donc :0.23V

EXERCICE IV :

Il s’agit de déterminer la fréquence de la source lumineuse afin d’examiner l’accord entre la valeur marquée et le résultat de l’expérience 1.
Pour cela, nous allons :
(i) Déterminer l’interfrange i ;
(il) Utiliser l'expression de l’interfrange pour calculer la fréquence v′ de la source lumineuse;
(iii) Comparer la valeur obtenue à celle indiquée sur le laser et conclure.

lnterfrange:
d=6i soit i=d/6
AN : i=4,75×10⁻³ m 
Fréquence de la source lumineuse :
i=λD/a or λ=cω
D’où v′=cD/a.i
AN : v′=4,75×10¹⁴ Hz
Comparaison et conclusion :
La valeur obtenue est égale à celle indiquée sur le laser.
Ainsi la valeur marquée est en accord avec le résultat expérimental.

2 il s'agit de déterminer la fréquence de la source lumineuse dans l'expérience 2 afin de se prononcer sur la conformité de l'indication portée sur le laser.

Pour cela, nous allons :
(i) Utiliser l'expression de l'énergie cinétique maximale des électrons émis pour déterminer la fréquence v’ de la source lumineuse ;
(ii) Comparer la valeur de v" à celle obtenue à la première expérience et conclure.
Fréquence de la source lumineuse :
ECmax=hv−W_S ↔1/2m_eV_m²=hv′′−Ws
Soit
v′′=1/h(1/2m_eV_m²+Ws)
v′′≈4,74.10¹⁴Hz
Comparaison et conclusion :
v′′≈v≈v′ donc l'indication portée sur le laser est conforme.