Question

8．如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角．
（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小（选填“增大”“减小”或“不变”）．
（2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针无（选填“有”或“无”）偏转．
（3）实验室用功率P=1 500W的紫外灯演示光电效应．紫外线波长λ=253nm，阴极离光源距离d=0.5m，原子半径取r=0.5×10^-10 m，则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数约为5．（已知h=6.63×10^-34 J•s）

Answer 1

分析 （1）用一紫外线灯照射锌板，产生光电效应现象，根据锌板的电性，分析用带负电的金属小球与锌板接触后，验电器指针偏角的变化．
（2）红光的频率比黄光低，黄光照射锌板，验电器指针无偏转，黄光不能使锌板产生光电效应，红光也不能使锌板产生光电效应；
（3）光沿着球面发射，根据ε=hν求解出一个光子的能量，求解1s内打到金属板1m²光子数，从而得出阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数．

解答 解：（1）用紫外线照射锌板时发生光电效应，锌板因有光电子逸出而带正电，当用带负电的金属小球接触时中和了一部分正电荷，使验电器的带电荷量减小，指针偏角减小．
（2）用黄光照射锌板不能发生光电效应，说明黄光的频率低于锌板的极限频率，而红外线的频率比黄光的频率还低，所以用红外线照射锌板时，验电器的指针无偏转．
（3）因为紫外灯发光的能量分布在半径为d的球面上，所以由能量守恒有：
$\frac{Pt}{4π{d}_{\;}^{2}}$•πr²=nh$\frac{c}{λ}$，
解得n=$\frac{Ptλ{r}_{\;}^{2}}{4hc{d}_{\;}^{2}}$=$\frac{1500×1×253×1{0}_{\;}^{-9}×（0.5×1{0}_{\;}^{-10}）_{\;}^{2}}{4×6.63×1{0}_{\;}^{-34}×3×1{0}_{\;}^{8}×0．{5}_{\;}^{2}}$≈4.77≈5．
故答案为：（1）减小　（2）无 　（3）5．

点评 光电效应中光电子射出后，金属板带正电．光电效应的产生条件取决于入射光的频率．
本题关键是建立物理模型，根据光子能量以及辐射的能量进行求解，难度中等．