5.1
光电效应
同步练习
1.在做光电效应的实验时,某金属被光照射发生了光电效应,实验测得光电子的最大动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示,由实验图线可求出( )
A.该金属的极限频率和极限波长
B.普朗克常量
C.该金属的逸出功
D.单位时间内逸出的光电子数
答案:ABC
解析:依据光电效应方程Ek=hν-W可知,当Ek=0时,ν=ν0,即图线横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率.
图线的斜率k=tanθ=,可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量.
2.一束平行光经玻璃三棱镜折射后,分解为互相分离的三束光,分别照在相同的金属板a、b、c上,如图所示,已知金属板b有光电子放出,则可知( )
A.板a一定不放出光电子
B.板a一定能放出光电子
C.板c一定不放出光电子
D.板c一定能放出光电子
答案:D
解析:从棱镜对光的色散可知,光的频率越大,在同一介质的折射率越大,由题意:νa<νb<νc,同种材料极限频率相同.由b板有光电子,则发生光电效应,则c一定可放出光电子,所以选项C错误,D正确,但射到a板上的光的频率不能确定是否大于极限频率,所以不能判断是否发生光电效应,所以选项A、B错误.
3.如图所示是光电管使用的原理图.当频率为ν的可见光照射到阴极K上时,电流表中有电流通过,则( )
A.若将滑动触头P移到A端时,电流表中一定没有电流通过
B.若用红外线照射阴极K时,电流表中一定有电流通过
C.若用紫外线照射阴极K时,电流表中一定有电流通过
D.若用紫外线照射阴极K时,电流表中一定有电流通过且电流一定变大
答案:C
4.康普顿效应证实了光子不仅具有能量,也有动量.下图给出了光子与静止电子碰撞后,电子的运动方向,则碰后光子可能沿方向________运动,并且波长________(填“不变”、“变短”或“变长”).
答案:1 变长
解析:因光子与电子的碰撞过程动量守恒,所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致,可见碰后光子运动的方向可能沿1方向,不可能沿2或3方向;通过碰撞,光子将一部分能量转移给电子,能量减少,由E=hν知,频率变小,再根据c=λv知,波长变长.
5.利用光电管产生光电流的电路如图所示,电源的正极应接在________端(填“a”或“b”);若电流表读数为8μA,则每秒从光电管阴极发射的光电子至少有________个(已知电子电荷量为1.6×10-19C).
答案:a 5×1013
解析:由题意知,电路图为利用光电管产生光电流的实验电路,光电管的阴极为K,光电子从K极发射出来要经高压加速,所以a端应该接电源正极,b端接电源负极,假定从阴极发射出来的光电子全部到达阳极A,则每秒从光电管阴极发射出来的光电子数目为n===5×1013(个)
6.已知金属铯的逸出功为1.9eV,在光电效应实验中,要使铯表面发出的光电子的最大初动能为1.0eV,入射光的波长应为
m。
答案:6.86
×10—7
7.一束频率为5×1014Hz的黄光,以60°的入射角从真空中射入玻璃,其折射角为30°,求黄光在玻璃中的速度、波长和每个光子的能量.
答案:1.732×108m/s 3.5×10-7m 3.32×10-19J
解析:n===
由n= 得v==1.732×108m/s
λ==3.5×10-7m
E=hν=3.32×10-19J
8.如图所示,阴极K用极限波长λ0=0.66μm的金属铯制成,用波长λ=0.50μm的绿光照射阴极K,调整两个极板电压,当A板电压比阴极高出2.5V时,光电流达到饱和,电流表示数为0.64μA,求:
(1)每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能
(2)如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍,每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能
答案:(1)4.0×1012个 9.5×10-20J (2)8×1012个 9.5×1020J
解析:饱和电流的值I与每秒内阴极发射的电子数的关系是I=ne.
电子从阴极K飞出的最大初动能Ek=hν-W,电子从阴极K飞向阳极A时,还会被电场加速,使其动能进一步增大.
(1)当阴极发射的光电子全部达到阴极A时,光电流达到饱和,由电流可知每秒到达阴极的电子数,即每秒发射的电子数.
n===4.0×1012(个)
根据爱因斯坦光电方程,光电子的最大初动能为
Ek=hν-W=
h-h=6.63×10-34×3×108×(-)J=9.5×10-20J
(2)如果照射光的频率不变,光强加倍,根据光电效应实验规律,阴极每秒发射的光电子数为n′=2n=8×1012个.
光电子的最大初动能仍然是mv2=9.5×10-20J.