Question

9．光電管是應(yīng)用光電效應(yīng)實現(xiàn)光信號與電信號之間相互轉(zhuǎn)換的裝置，其廣泛應(yīng)用于光功率測量，光信號記錄，電影，電視和自動控制等諸多方面．如圖所示，C為光電管，B極由金屬鈉制成（鈉的極限波長為5.0×10^-7m）．現(xiàn)用波長為4.8×10^-7m的某單色光照射B極．
（1）電阻R上電流的方向是向左還是向右．
（2）求出從B極發(fā)出的光電子的最大初動能．
（3）若給予光電管足夠大的正向電壓時，電路中光電流為10μA，則每秒射到光電管B極的光子數(shù)至少為多少個？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)光電子運動的方向判定電流的方向；
（2）發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，根據(jù)光電效應(yīng)方程求出光電子的最大初動能．
（3）由電流的定義式即可計算出光電子的個數(shù)與光子的個數(shù)．

解答 解：（1）電子從B逸出后，向A運動，由于電子帶負電，所以流過電阻R的電流的方向向左；
（2）因為入射光子的波長4.8×10^-7m，小于金屬的極限波長，故能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)．
由光電效應(yīng)方程得，E_km=hv-hv₀=$\frac{hc}{λ}-\frac{hc}{{λ}_{0}}$
代入數(shù)據(jù)解得E_km=6.63×10^-34×3×10⁸=×（$\frac{1}{4.8×1{0}^{-7}}-\frac{1}{5×1{0}^{-7}}$）=1.66×10^-20J．
（3）電路中的電流：$I=\frac{q}{t}$
每秒鐘到達A的電子的數(shù)目：$n=\frac{q}{e}=\frac{It}{e}=\frac{10×1{0}^{-6}}{1.6×1{0}^{-19}}=6.25×1{0}^{13}$個
若每一個光子都能打出一個光電子，則光子的數(shù)目也是6.25×10¹³個
答：（1）電阻R上電流的方向是向左．
（2）從B極發(fā)出的光電子的最大初動能是1.66×10^-20J．
（3）若給予光電管足夠大的正向電壓時，電路中光電流為10μA，則每秒射到光電管B極的光子數(shù)至少為6.25×10¹³個

點評 考查愛因斯坦光電效應(yīng)方程，掌握發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的條件：入射光的頻率大于或等于極限頻率，該題是考查基礎(chǔ)知識的好題．