精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
9.真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置,如图所示.光照前两板都不带电.以光照射A板,则板中的电子可能吸收光的能量而逸出.假设所有逸出的电子都垂直于A板向B板运动,忽略电子之间的相互作用.保持光照条件不变,a和b为接线柱.已知单位时间内从A板逸出的电子数为N,电子逸出时的最大动能为Ekm.元电荷为e.
(1)求A板和B板之间的最大电势差Um,以及将a、b短接时回路中的电流I
(2)图示装置可看作直流电源,求其电动势E和内阻r.
(3)在a和b之间连接一个外电阻时,该电阻两端的电压为U.外电阻上消耗的电功率设为P;单位时间内到达B板的电子,在从A板运动到B板的过程中损失的动能之和设为△Ek.请推导证明:P=△Ek
(注意:解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量,要在解题中做必要的说明)

分析 (1)当电容器的电压达到最大值时,电子到上极板后速度刚好减小为零,根据动能定理列式求解最大电压;短路时单位时间有N个电子到达上极板,根据电流的定义求解电流强度;
(2)电源电动势等于断路时的路端电压,根据闭合电路欧姆定律求解电源的内电阻;
(3)根据电流的定义公式求解电流表达式,根据P=UI求解外电阻消耗的电功率,根据动能定理求解单位时间内发射的光电子的动能的减小量后比较即可.

解答 解:(1)由动能定理,有:Ekm=eUm,解得:
Um=$\frac{{E}_{km}}{e}$
短路时所有溢出电子都到达B板,故短路电流:
I=Ne
(2)电源电动势等于断路时的路端电压,即上面求出的Um,故:
E=Um=$\frac{{E}_{km}}{e}$
电源的内电阻:
r=$\frac{E}{{I}_{短}}=\frac{{E}_{km}}{N{e}^{2}}$
(3)电阻两端的电压为U,则电源两端的电压也为U;
由动能定理,一个电子经过电源内部电场后损失的动能为:
△Eke=eU
设单位时间内有N′个电子到达B板,则损失的动能之和为:
△Ek=N′eU
根据电流的定义,此时电流:
I=N′e
此时流过电阻的电流也为I=N′e,外电阻上消耗的电功率:
P=UI=N′eU
故P=△Ek
答:(1)A板和B板之间的最大电势差为$\frac{{E}_{km}}{e}$,以及将a、b短接时回路中的电流为Ne.
(2)图示装置可看作直流电源,则其电动势E为$\frac{{E}_{km}}{e}$,内阻r为$\frac{{E}_{km}}{N{e}^{2}}$.
(3)证明如上.

点评 本题关键是明确光电转换装置的工作原理,要能够结合电流的定义公式、动能定理和闭合电路欧姆定律列式分析,不难.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:多选题

19.氢原子的能级如图所示,已知可见光的光子能量在1.62ev~3.11ev之间.下列说法正确的是(  )
A.氢原子从高能级向n=1能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高
B.氢原子从高能级向n=2能级跃迁时发出的光一定是可见光
C.氢原子从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的低
D.氢原子大量处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时可以发出两种可见光
E.一个基态氢原子吸收5个可见光的光子即可发生电离

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:解答题

20.如图所示,半径R=0.8m的四分之一圆弧光滑轨道竖直放置,一长L=1m的水平桌面BC与圆弧轨道的最低点相切于B点,BC离地面高h=0.6m,质量m=1.0kg的小滑块从圆弧顶点D由静止释放,已知滑块与水平桌面间的动摩擦因数μ=0.6,取g=10m/s2.求小滑块落地时的速度大小v.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:解答题

17.如图,一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子在匀强电场中运动,A、B为其运动轨迹上的两点.已知该粒子在A点的速度大小为v0,方向与电场方向的夹角为60°;它运动到B点时速度方向与电场方向的夹角为30°.不计重力.求A、B两点间的电势差.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:选择题

4.如图所示,其中电流表A的量程为0.6A,表盘均匀划分为30个小格,每一小格表示0.02A,R1的阻值等于电流表内阻的$\frac{1}{2}$; R2的阻值等于电流表内阻的2倍.若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值,则下列分析正确的是(  )
A.将接线柱 1、2 接入电路时,每一小格表示0.04A
B.将接线柱 1、2 接入电路时,每一小格表示0.02A
C.将接线柱 1、3 接入电路时,每一小格表示0.06A
D.将接线柱 1、3 接入电路时,每一小格表示0.01A

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:多选题

3.如图所示为一理想变压器,S为单刀双掷开关.P是滑动变阻器的滑动触头,U1为加在原线圈两端的电压,I1为原线圈中的电流强度,则(  )
A.保持U1及P的位置不变,S由a合到b时,I1将增大
B.保持P的位置及U1不变,S由b合到a时R消耗的功率减小
C.保持U1不变,S合在a处,使P上滑,I1将增大
D.保持P的位置不变,S合在a处,若U1增大,I1将增大

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:选择题

10.如图所示,质量为m的小球穿在半径为R的光滑圆环上,可以沿圆环自由滑动,连接小球的轻质弹簧另一端固定在圆环的最高点.现将小球从圆环的水平直径右端B点静止释放,此时弹簧处于自然长度.当小球运动至圆环最低点C时速度为v,此时小球与圆环之间没有弹力.运动过程中弹簧始终处在弹性限度内,则下面判断正确的是(  )
A.小球在B点的加速度小于g,方向竖直向下
B.该过程中小球的机械能守恒
C.在C点弹簧的弹性势能等于mgR-$\frac{1}{2}$mv2
D.该过程中小球重力做的功等于其动能的增量

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:多选题

7.汽车匀速驶上山坡,下列说法中正确的是(  )
A.汽车所受合外力对汽车所做的功为零
B.如发动机输出功率为P,汽车上坡摩擦力为f,则汽车上坡的最大速度vm=$\frac{P}{f}$
C.摩擦力与重力对汽车做负功,支持力对汽车不做功
D.当发动机输出功率为恒定时,车速越大,牵引力越小,加速度越大

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:解答题

8.中国网11月21日讯 据英国《每日邮报》21日报道,雪佛兰在2014洛杉矶车展上公布了一款其专为赛车游戏《GT6》打造的概念跑车Chaparral 2X的实物模型.这款跑车采用一套激光推进系统作为动力,其最高车速可vm=107m/s.跑车由静止以最大加速度a匀加速至v0=27m/s仅需t0=1.5s.若跑车质量m=500kg,阻力为2000N,重力加速度g=10m/s2.(结果保留两位有效数字)
(1)求跑车以最大加速度运动时的牵引力F大小;
(2)若以最大速度vm运动的跑车1经过平直跑道上A点时撤去牵引力;同时,相同的跑车2从A点由静止启动,经t=7s追上跑车1.若跑车2追上跑车1之前已经达到最大速度vm,求该过程中跑车2的牵引力做的功W.

查看答案和解析>>

同步练习册答案