Question

9．光电管是应用光电效应实现光信号与电信号之间相互转换的装置，其广泛应用于光功率测量，光信号记录，电影，电视和自动控制等诸多方面．如图所示，C为光电管，B极由金属钠制成（钠的极限波长为5.0×10^-7m）．现用波长为4.8×10^-7m的某单色光照射B极．
（1）电阻R上电流的方向是向左还是向右．
（2）求出从B极发出的光电子的最大初动能．
（3）若给予光电管足够大的正向电压时，电路中光电流为10μA，则每秒射到光电管B极的光子数至少为多少个？

Answer 1

分析 （1）根据光电子运动的方向判定电流的方向；
（2）发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，根据光电效应方程求出光电子的最大初动能．
（3）由电流的定义式即可计算出光电子的个数与光子的个数．

解答 解：（1）电子从B逸出后，向A运动，由于电子带负电，所以流过电阻R的电流的方向向左；
（2）因为入射光子的波长4.8×10^-7m，小于金属的极限波长，故能使金属发生光电效应．
由光电效应方程得，E_km=hv-hv₀=$\frac{hc}{λ}-\frac{hc}{{λ}_{0}}$
代入数据解得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）电路中的电流：$I=\frac{q}{t}$
每秒钟到达A的电子的数目：$n=\frac{q}{e}=\frac{It}{e}=\frac{10×1{0}^{-6}}{1.6×1{0}^{-19}}=6.25×1{0}^{13}$个
若每一个光子都能打出一个光电子，则光子的数目也是6.25×10¹³个
答：（1）电阻R上电流的方向是向左．
（2）从B极发出的光电子的最大初动能是1.66×10^-20J．
（3）若给予光电管足够大的正向电压时，电路中光电流为10μA，则每秒射到光电管B极的光子数至少为6.25×10¹³个

点评 考查爱因斯坦光电效应方程，掌握发生光电效应现象的条件：入射光的频率大于或等于极限频率，该题是考查基础知识的好题．