Question

3．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=1500W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^-10m，则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数约为2个．（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）在A处用一紫外线灯照射锌板，锌板产生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，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．
（2）用黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板产生光电效应，红光的频率比黄光低，红光也不能使锌板产生光电效应，验电器指针无偏转．
（3）离光源0.5m处的金属板每1s内单位面积上接受的光能为E=$\frac{Pt}{4π{d}^{2}}$=$\frac{1500×1}{4×3.14×0．{5}^{2}}$≈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．
则阴极表面每个原子接收到的光子数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个
故答案为：（1）减小；（2）无；（3）2．

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．