用波长为 300, (nm) 的紫外光照射某金属表面,测得光电子的最大初动能为 1.50, (eV)。已知普朗克常量为 6.63 times 10^-34, (J) cdot (s),真空光速为 3.0 times 10^8, (m/s),电子电荷量 1.6 times 10^-19, (C)。该金属的逸出功约为( )。A. 2.64, (eV)B. 3.14, (eV)C. 4.14, (eV)D. 5.14, (eV)
A. $2.64\, \text{eV}$
B. $3.14\, \text{eV}$
C. $4.14\, \text{eV}$
D. $5.14\, \text{eV}$
题目解答
答案
解析
本题考查爱因斯坦光电效应方程的应用。解题思路是先根据光子能量公式求出入射光的能量,再利用爱因斯坦光电效应方程求出该金属的逸出功。
步骤一:计算入射光的能量
根据光子能量公式$E = h\nu$(其中$E$为光子能量,$h$为普朗克常量,$\nu$为光的频率),又因为$\nu=\frac{c}{\lambda}$(其中$c$为真空光速,$\lambda$为光的波长),所以$E = \frac{hc}{\lambda}$。
已知$h = 6.63\times 10^{-34}\, \text{J} \cdot \text{s}$,$c = 3.0\times 10^{8}\, \text{m/s}$,$\lambda = 300\, \text{nm}=300\times 10^{-9}\, \text{m}$,将这些值代入公式可得:
$E = \frac{6.63\times 10^{-34} \times 3.0\times 10^{8}}{300\times 10^{-9}}\, \text{J}$
$=\frac{19.89\times 10^{-26}}{300\times 10^{-9}}\, \text{J}$
$= 6.63\times 10^{-19}\, \text{J}$
为了方便后续计算,将能量单位换算成$\text{eV}$,因为$1\, \text{eV}=1.6\times 10^{-19}\, \text{J}$,所以$E=\frac{6.63\times 10^{-19}}{1.6\times 10^{-19}}\, \text{eV}\approx 4.14\, \text{eV}$。
步骤二:根据爱因斯坦光电效应方程计算金属的逸出功
爱因斯坦光电效应方程为$E_{k}=h\nu - W_{0}$(其中$E_{k}$为光电子的最大初动能,$h\nu$为入射光的能量,$W_{0}$为金属的逸出功),移项可得$W_{0}=h\nu - E_{k}$。
已知$E_{k} = 1.50\, \text{eV}$,$h\nu = 4.14\, \text{eV}$,将其代入上式可得:
$W_{0}= 4.14\, \text{eV} - 1.50\, \text{eV}= 2.64\, \text{eV}$