Question

3．如圖所示，一驗電器與鋅板相連，在A處用一紫外線燈照射鋅板，關(guān)燈后，指針保持一定偏角．
（1）現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則驗電器指針偏角將減小（選填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）使驗電器指針回到零，再用相同強度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗電器指針無偏轉(zhuǎn)．那么，若改用強度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到驗電器指針無（選填“有”或“無”）偏轉(zhuǎn)．
（3）實驗室用功率P=1500W的紫外燈演示光電效應(yīng)．紫外線波長λ=253nm，陰極離光源距離d=0.5m，原子半徑取r=0.5×10^-10m，則陰極表面每個原子每秒鐘接收到的光子數(shù)約為2個．（已知h=6.63×10^-34 J•s）

Answer 1

分析 （1）用一紫外線燈照射鋅板，產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，根據(jù)鋅板的電性，分析用帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸后，驗電器指針偏角的變化．
（2）紅光的頻率比黃光低，黃光照射鋅板，驗電器指針無偏轉(zhuǎn)，黃光不能使鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)，紅光也不能使鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)；
（3）光沿著球面發(fā)射，根據(jù)ε=hν求解出一個光子的能量，求解1s內(nèi)打到金屬板1m²光子數(shù)，從而得出陰極表面每個原子每秒鐘接收到的光子數(shù)．

解答 解：
（1）在A處用一紫外線燈照射鋅板，鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)，光電子射出后，鋅板帶正電，用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則驗電器指針偏角將減小．
（2）用黃光照射鋅板，驗電器指針無偏轉(zhuǎn)，說明黃光不能使鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)，紅光的頻率比黃光低，紅光也不能使鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)，驗電器指針無偏轉(zhuǎn)．
（3）離光源0.5m處的金屬板每1s內(nèi)單位面積上接受的光能為E=$\frac{Pt}{4πqmcoqui^{2}}$=$\frac{1500×1}{4×3.14×0．{5}^{2}}$≈150J/m²s．
光子能量ε=$\frac{hc}{λ}$=6.67×10^-34×$\frac{3×1{0}^{8}}{253×1{0}^{-9}}$J=7.9×10^-19J．
則陰極表面每個原子接收到的光子數(shù)n=$\frac{π{r}^{2}}{1}$•$\frac{E}{ε}$=$\frac{3.14×（0.5×1{0}^{-10}）^{2}}{1}$×$\frac{150}{7.9×1{0}^{-19}}$=1.49個
故答案為：（1）減小；（2）無；（3）2．

點評 光電效應(yīng)中光電子射出后，金屬板帶正電．光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件取決于入射光的頻率．
本題關(guān)鍵是建立物理模型，根據(jù)光子能量以及輻射的能量進(jìn)行求解，難度中等．