10.铝金属的逸出功为4.2eV,用某单色光照射时有光电流,且反向截止电压为2v,-|||-则入射光的光子能量为 __ 在康普顿散射实验中,入射光的波长为λ0-|||-__-|||-被自由电子散射后,波长改变了20%,则反冲电子的动能为 __ 。

题目解答
答案

解析
本题主要考查爱因斯坦光电效应方程以及康普顿散射中能量守恒的知识点。解题思路是先根据爱因斯坦光电效应方程求出入射光的光子能量,再依据康普顿散射中能量守恒求出反冲电子的动能。
第一空:求入射光的光子能量
根据爱因斯坦光电效应方程$h\nu = W_0 + E_{km}$,其中$h\nu$为入射光的光子能量,$W_0$为金属的逸出功,$E_{km}$为光电子的最大初动能。
已知反向截止电压为$U_0 = 2V$,根据$E_{km}=eU_0$($e$为电子电荷量),可得光电子的最大初动能$E_{km}=2eV$。
又已知铝金属的逸出功$W_0 = 4.2eV$,将$W_0 = 4.2eV$和$E_{km}=2eV$代入$h\nu = W_0 + E_{km}$,可得:
$h\nu=4.2eV + 2eV = 6.2eV$
第二空:求反冲电子的动能
在康普顿散射中,根据能量守恒定律,入射光子的能量$E_0$等于散射光子的能量$E$与反冲电子的动能$E_{k}$之和,即$E_0 = E + E_{k}$。
光子的能量公式为$E = h\nu=\frac{hc}{\lambda}$($h$为普朗克常量,$c$为真空中的光速,$\lambda$为光子波长)。
已知入射光的波长为$\lambda_0$,则入射光子的能量$E_0=\frac{hc}{\lambda_0}$。
散射后波长改变了$20\%$,则散射光的波长$\lambda=(1 + 20\%)\lambda_0 = 1.2\lambda_0$,那么散射光子的能量$E=\frac{hc}{\lambda}=\frac{hc}{1.2\lambda_0}$。
将$E_0=\frac{hc}{\lambda_0}$和$E=\frac{hc}{1.2\lambda_0}$代入$E_0 = E + E_{k}$,可得反冲电子的动能:
$\begin{align*}E_{k}&=E_0 - E\\&=\frac{hc}{\lambda_0}-\frac{hc}{1.2\lambda_0}\\&=\frac{1.2hc - hc}{1.2\lambda_0}\\&=\frac{0.2hc}{1.2\lambda_0}\\&=\frac{1}{6}\cdot\frac{hc}{\lambda_0}\end{align*}$