以下一些材料的功函数(逸出功)为铍-3.9 eV钯-5.0 eV铯-1.9 eV钨-4.5 eV今要制造能在可见光(频率范围为3.9 times 10^14 , (Hz) - 7.5 times 10^14 , (Hz))下工作的光电管,在这些材料中应选A. 钨.B. 钯.C. 铯.D. 铍.
A. 钨.
B. 钯.
C. 铯.
D. 铍.
题目解答
答案
解析
本题考查爱因斯坦光电效应方程以及对光电管工作原理的理解。解题的关键在于明确要使光电管在可见光下工作,材料的功函数必须小于可见光光子的最大能量。
步骤一:明确爱因斯坦光电效应方程
爱因斯坦光电效应方程为$h\nu = W_0 + E_{km}$,其中$h\nu$是光子能量,$h$为普朗克常量$h = 6.63\times 10^{-34} \, J\cdot s$,$\nu$是光的频率;$W_0$是材料的功函数;$E_{km}$是光电子的最大初动能。要使光电效应发生,即有光电子逸出,需要$h\nu \geq W_0$。
步骤二:计算可见光光子的最大能量
已知可见光频率范围为$3.9 \times 10^{14} \, \text{Hz} - 7.5 \times 10^{14} \, \text{Hz}$,频率越大,光子能量越大,所以我们取最大频率$\nu_{max} = 7.5 \times 10^{14} \, \text{Hz}$来计算可见光光子的最大能量$E_{max}$。
根据公式$E = h\nu$,可得:
$E_{max}=h\nu_{max}=6.63\times 10^{-34} \, J\cdot s\times 7.5 \times 10^{14} \, \text{Hz}$
$= 4.9725\times 10^{-19} \, J$
将其换算成电子伏特($1eV = 1.6\times 10^{-19} J$):
$E_{max}=\frac{4.9725\times 10^{-19} \, J}{1.6\times 10^{-19} J/eV}\approx 3.11 eV$
步骤三:比较各材料功函数与可见光光子最大能量
已知铍的功函数$W_{Be}=3.9 eV$,钯的功函数$W_{Pd}=5.0 eV$,铯的功函数$W_{Cs}=1.9 eV$,钨的功函数$W_{W}=4.5 eV$。
因为$W_{Be}=3.9 eV>3.11 eV$,$W_{Pd}=5.0 eV>3.11 eV$,$W_{W}=4.5 eV>3.11 eV$,而$W_{Cs}=1.9 eV<3.11 eV$,所以只有铯的功函数小于可见光光子的最大能量,能在可见光下发生光电效应,可用于制造光电管。