Question

8．光電管是應用光電效應實現(xiàn)光信號與電信號之間相互轉(zhuǎn)換的裝置，其廣泛應用于光功率測量、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．已知普朗克常量為h=6.6×10^-34J•s，光在真空中速度c=3.0×10⁸m/s．
（1）電阻R上電流的方向是向左（選填“向左”或“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．
由光電效應方程得：${E_{km}}=h\frac{c}{λ}-h\frac{c}{λ_0}=6.63×{10^{-34}}×3×{10^8}×（\frac{1}{{4.8×{{10}^{-7}}}}-\frac{1}{{5.0×{{10}^{-7}}}}）$J=1.66×10^-20J 
（3）每秒電路中流過的電子電量q=It=10×10^-6×1=1×10^-5C 
每秒至少光子數(shù)目：$n=\frac{q}{e}=\frac{{1×{{10}^{-5}}}}{{1.6×{{10}^{-19}}}}=6.25×{10^{13}}$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方程，掌握發(fā)生光電效應現(xiàn)象的條件：入射光的頻率大于或等于極限頻率，該題是考查基礎知識的好題．