题目
从钼中移出一个电子需要4.2 eV 的能量.用波长为200 nm的紫外光投射到钼的表面上,求(1)光电子的最大初动能;(2)遏止电压;(3)钼的红限波长.
从钼中移出一个电子需要4.2 eV 的能量.用波长为200 nm的紫外光投射到钼的表面上,求
(1)光电子的最大初动能;
(2)遏止电压;
(3)钼的红限波长.
题目解答
答案
解:入射光子的能量


(1)光电子的最大初动能为

(2)遏止电压

(3)钼的红限波长


代入数据得


综上所述,根据计算得到的结果:
(1) 光电子的最大初动能约为2eV。
(2) 遏止电压约为2.0 V。
(3) 钼的红限波长约为296 nm。
解析
考查要点:本题主要考查光电效应的基本公式应用,包括光电子最大初动能、遏止电压、红限波长的计算。
解题核心思路:
- 光电子最大初动能:利用爱因斯坦光电效应方程,光子能量减去逸出功。
- 遏止电压:通过能量守恒,最大初动能等于电场力做的功。
- 红限波长:由逸出功与红限波长的关系式推导。
破题关键点:
- 单位转换:波长需转换为米,能量单位需在焦耳与电子伏特之间灵活转换。
- 公式选择:正确应用光电效应方程、动能与电压关系、红限波长公式。
第(1)题:光电子的最大初动能
- 计算光子能量
光子能量公式为:
$\omega = \frac{hc}{\lambda}$
代入数据:
$\omega = \frac{6.63 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{200 \times 10^{-9}} \approx 9.95 \times 10^{-19} \, \text{J} = 6.2 \, \text{eV}$ - 应用光电效应方程
最大初动能为:
$\frac{1}{2}mv_m^2 = h\nu - A = 6.2 \, \text{eV} - 4.2 \, \text{eV} = 2.0 \, \text{eV}$
第(2)题:遏止电压
- 能量与电压关系
遏止电压公式为:
$U_a = \frac{\frac{1}{2}mv_m^2}{e}$
代入最大初动能:
$U_a = \frac{2.0 \, \text{eV}}{1 \, \text{eV/e}} = 2.0 \, \text{V}$
第(3)题:红限波长
- 红限波长公式
红限波长与逸出功关系为:
$\lambda_0 = \frac{hc}{A}$
代入数据(需将逸出功转换为焦耳):
$A = 4.2 \, \text{eV} = 4.2 \times 1.602 \times 10^{-19} \, \text{J} \approx 6.73 \times 10^{-19} \, \text{J}$
计算得:
$\lambda_0 = \frac{6.63 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{6.73 \times 10^{-19}} \approx 2.9 \times 10^{-7} \, \text{m} = 296 \, \text{nm}$