稿件来源:高途
高中 | 光电效应题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-5
第十七章 波粒二象性
17.2 光的粒子性
光电效应
爱因斯坦于$1905$提出光量子假说,解决了光电效应问题。$1916$提出受激辐射光放大($LASER$),四十多年后第一台激光器诞生。如今,光电效应和激光在日常生活的各个方面都有重要应用。
密立根通过实验研究了钠的遏止电压与入射光频率之间的关系,其结果验证了光子说的正确性,实验结果如图。由图可得钠的截止频率为 $\;\rm Hz$,该图像可计算出的普朗克常量$h=$ $\;\rm J ⋅ s$。(保留三位有效数字)
根据爱因斯坦光电效应方程$E_{k}=h\nu-W_{0}=h\nu-h\nu_{c}$
根据动能定理可得$−eU=0-E_{k}$
联立可得遏止电压与入射光频率关系为$U=\dfrac{h}{e}(\nu-\nu_{\text{c}})$
由题图横轴截距可知钠的截止频率为$\nu_{c}=4.39 \times 10^{14}\;\rm Hz$
$U-\nu$图像的斜率为$k=\dfrac{h}{e}=\dfrac{2.2}{(10-4.39) \times 10^{14}}\;\rm \text{V}/\text{Hz}$
可得普朗克常量为$h=\dfrac{2.2 \times 1.6 \times 10^{- 19}}{(10-4.39) \times 10^{14}}\;\rm \text{J} \cdot \text{s} \approx 6.27 \times 10^{- 34}\;\rm \text{J} \cdot \text{s}$
爱因斯坦指出当外来光子的能量等于$E_{2}-E_{1}$时,将“诱发”原子中处于高能级$E_{2}$的电子向低能级$E_{1}$跃迁而发光,称为受激辐射光,如图$1$所示。入射光和受激辐射光继续“诱发”其他电子,形成光子的“链式反应”,从而放大光辐射,形成激光,如图$2$。
①关于入射光和受其激发后产生的激光
$\rm A$.频率相同,一个光子的能量相同,总能量相同
$\rm B$.频率不同,一个光子的能量不同,总能量不同
$\rm C$.频率相同,一个光子的能量相同,总能量不同
$\rm D$.频率不同,一个光子的能量不同,总能量相同
②激光器中常用镀有反射膜的三棱镜进行波长的选择。如图,一束复色光以一定入射角$i(i\ne 0)$进入棱镜后,不同颜色的光以不同角度折射,只有折射后垂直入射到反射膜的光才能原路返回形成激光输出。若复色光含红、黄光,已知棱镜对黄光的折射率大于红光,则黄光在棱镜中的折射角 (填“大于”“等于”或“小于”)红光的折射角;若激光器输出的是红光,当要调为黄光输出时,需将棱镜以过入射点$O$且垂直纸面的轴 (填“顺时针”或“逆时针”)转动一小角度。
①根据$\varepsilon=h\nu=E_{2}-E_{1}$
可知入射光和受其激发后产生的激光频率相同,一个光子的能量相同;但由于入射光和受其激发后产生的激光的光子数量不同,所以总能量不同。
故选:$\rm C$。
②由于透镜对黄光折射率大于红光,根据折射定律$n=\dfrac{\sin i}{\sin r}$可知,入射角相同,黄光在棱镜中的折射角小于红光的折射角;
此时输出激光为红光,要变为黄光,应使黄光折射后垂直入射到反射膜,则应使黄光的折射角增大,根据$n=\dfrac{\sin i}{\sin r}$可知,入射角应增大,需将棱镜以过入射点$O$且垂直纸面的轴顺时针转动一小角度。
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