高中物理光电效应实验计算题

普朗克常量，铝的逸出功，现用波长的光照射铝的表面(结果保留三位有效数字)。
(1)求光电子的最大初动能；
(2)若射出的一个具有最大初动能的光电子正对一个原来静止的电子运动，求在此运动过程中两电子电势能增加的最大值(电子所受的重力不计)。

普朗克常量h＝6.63×10^－34 J·s，铝的逸出功W₀＝6.72×10^－19 J，现用波长λ＝200 nm的光照射铝的表面（结果保留三位有效数字）．
①求光电子的最大初动能；
②若射出的一个具有最大初动能的光电子正对一个距离足够远且静止的电子运动，求在此运动过程中两电子电势能增加的最大值（除两电子间的相互作用以外的力均不计）。

分别用和的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2。若已知普朗克常量为h，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？

美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据．密立根的实验目的是：测量金属的遏止电压U_c.与入射光频率ν，由此计算普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性．如图所示是根据某次实验作出的U_c－ν图象，电子的电荷量为1.6×10^－19C.试根据图象求：这种金属的截止频率ν_c和普朗克常量h.

如图所示的光电管实验当中，当用波长300.0 nm的光照在K上时，电流表有示数。调节滑动变阻器，当电压表读数为3.0 V时，灵敏电流表读数为零．改用波长150.0 nm的光照在K上时，调节滑动变阻器，当电压表读数为7.1 V时，灵敏电流表读数为零．求：普朗克常量和K的逸出功．（）

（1）下列说法正确的是    
A．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为光的强度太弱
B．德布罗意认为一切物体都具有波粒二象性
C．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定吸收能量
D．黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与温度有关
（2）核电池又叫‘放射性同位素电池”，一个硬币大小的核电池可以让手机不充电使用5000年。燃料中钚（ ）是一种人造同位素，可通过下列反应合成：
① 用氘核（ ）轰击铀（ ）生成镎（ ）和两个相同的粒子x ，核反应方程是；
②镎（）放出一个粒子Y 后转变成钚（  ) ，核反应方程是 。则x 粒子的符号为     ；Y 粒子的符号为     。
（3）如图甲，光滑水平面上有A、B两物体，已知A的质量为2 kg，A以一定的初速度向右运动，与B发生正碰后粘在一起向右运动，它们位移时间图像如图乙求：

①物体B的质量；
②AB碰撞过程中损失的机械能。

（1）下列说法正确的是（选对一个给2分，选对两个给4分，选对三个给6分，选错一个扣3分，最低得分为0分）

A．卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型

B．在很多核反应中，由于有核能的释放，所以才会有质量的亏损

C．对放射性物质施加压力，其半衰期将减少

D．入射光的频率如果低于某金属的截止频率，即使增加该入射光的强度，也不能使该金属发生光电效应

E．康普顿效应不仅表明了光子具有能量，还表明了光子具有动量
（2）如图所示为氢原子的能级图，n为量子数。在氢原子核外电子由量子数为 2的轨道跃迁到量子数为3的轨道的过程中，将     （填“吸收”、“放出”）光子。若该光子恰能使某金属产生光电效应，则一群处于量子数为4的激发态的氢原子在向基态跃迁的过程中，有     种频率的光子能使该金属产生光电效应。

（3）（9分) 如图所示，一质量m₁= 0.48kg的平板小车静止在光滑的水平轨道上。车顶右端放一质量m₂= 0.2kg的小物块，小物块可视为质点。现有一质量m₀= 0.02kg的子弹以水平速度射中小车左端，并留在车中，最终小物块以5m/s的速度与小车脱离。子弹与车相互作用时间极短。g取10 m/s²。求：

① 子弹刚刚射入小车时，小车速度v₁的大小；
② 小物块脱离小车时，小车速度v₁′的大小。

已知锌的逸出功为3.34eV，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为10⁶m/s，求该紫外线在水中传播时的波长λ（电子质量m_e=9.11×10^-31kg，普朗克常量h=6.63×10^-34J•s，1eV=1.60×10^-19J， 水的折射率n = 1.33）

如图所示是做光电效应实验的装置简图。在抽成真空的玻璃管内，K为阴极(用金属铯制成，发生光电效应的逸出功为1.9eV)，A为阳极。在a、b间不接任何电源，用频率为ν(高于铯的极限频率)的单色光照射阴极K，会发现电流表指针有偏转。这时，若在a、b间接入直流电源，a接正极，b接负极，并使a、b间电压从零开始逐渐增大，发现当电压表的示数增大到2.1 V时，电流表的示数刚好减小到零。求：(已知普朗克常量h=6.63×10^-34J·s)
(1)a、b间未接直流电源时，通过电流表的电流方向。
(2)从阴极K发出的光电子的最大初动能E_K是多少焦?
(3)入射单色光的频率是多少?(最终结果保留3位有效数字)

（1）下列说法中正确的是   ．

A．利用α射线可发现金属制品中的裂纹

B．原子核中，质子间的库仑力能使它自发裂变

C．在温度达到10^7K时，能与发生聚变，这个反应需要吸收能量

D．一束C60分子通过双缝装置后会出现干涉图样，证明分子也会象光波一样表现出波动性

（2）一光电管的阴极K用截止频率为ν₀的金属钠制成，光电管阳极A和阴极K之间的正向电压为U，普朗克常量为h，电子的电荷量为e．用频率为ν的紫外线照射阴极，有光电子逸出，光电子到达阳极的最大动能是   ；若在光电管阳极A和阴极K之间加反向电压，要使光电子都不能到达阳极，反向电压至少为   ．
（3）1928年，德国物理学家玻特用α粒子轰击轻金属铍时，发现有一种贯穿能力很强的中性射线．查德威克测出了它的速度不到光速的十分之一，否定了是γ射线的看法，他用这种射线与氢核和氮核分别发生碰撞，求出了这种中性粒子的质量，从而发现了中子．
①请写出α粒子轰击铍核（）得到中子的方程式．
②若中子以速度v₀与一质量为m_N的静止氮核发生碰撞，测得中子反向弹回的速率为v₁，氮核碰后的速率为v₂，则中子的质量m等于多少？

（1）在光电效应实验中，先后用两束光照射同一个光电管，若实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，则下列说法中正确的是         

A．a光频率大于b光频率

B．a光波长大于b光波长

C．a光强度高于b光强度

D．a光照射光电管时产生光电子的最大初动能较大

（2）已知氢原子的基态能量为（），激发态能量，其中 ．已知普朗克常量为，真空中光速为，吸收波长为         的光子能使氢原子从基态跃迁到 的激发态；此激发态原子中的电子再吸收一个频率为 的光子被电离后，电子的动能为         ．
（3）一个初速度为的氧核（）自发衰变成一个氮核（）和另外一个粒子，并释放出一定能量．已知氧核的质量为 ，氮核的质量为，速度为，方向与氧核方向相同，粒子的质量为，若不计光子的动量，写出该核反应的方程式并求出粒子的速度大小．

分别用 λ和 λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2。若已知普朗克常量为h，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？

（1）如图所示，用某单色光照射光电管的阴板K，会发生光电效应．在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大加在光电管上的电压，直至电流表中电流恰为零，此时电压表的电压值U称为反向截止电压，现分别用频率为和的单色光照射阴极，测得反向截止电压分别为U₁和U₂．设电子的质量为m、电荷量为e，，下列说法正确的是     ．（选对1个给3分，选对2个给4分，选对3个给6分，每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．频率为的光照射时，光电子的最大初速度为

B．频率为的光照射时，光电子的最大初速度为

C．阴极K金属的逸出功为

D．普朗克常数

E．阴极K金属的极限频率是
（2）如图所示，A、B两球质量均为m，其间有压缩的轻短弹簧处于锁定状态（A、B两球与弹簧两端接触但不连接）．弹簧的长度、两球的大小均忽略,整体视为质点,该装置从半径为R的竖直光滑圆轨道左侧与圆心等高处由静止下滑，滑至最低点时，解除对弹簧的锁定状态之后,B球恰好能到达轨道最高点，求：

①小球B解除锁定后的速度
②弹簧处于锁定状态时的弹性势能

已知锌板的极限波长λ₀＝372 nm.今用处于n＝2激发态的氢原子发出的光照射锌板，已知氢原子能级公式E_n＝E₁，E₁＝－13.6 eV，电子质量m_e＝9.1×10^－31 kg，问：
(1)氢原子发出光子的能量多大；
(2)锌板发生光电效应时，光电子的最大初动能是多少；
(3)具有最大初动能的电子对应的德布罗意波长多大．

一群氢原子处于量子数n＝4的能级状态，氢原子的能级图如图所示，则：

(1)氢原子由量子数n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时辐射光子的能量是多少电子伏？
(2)用(1)中的光子照射下表中几种金属，哪些金属能发生光电效应？发生光电效应时，发射光电子的最大初动能是多大？

金属	铯	钙	镁	钛
逸出功W/eV	1.9	2.7	3.7	4.1