4 . 研究光电效应的装置示意图如图所示，该装置可用于分析光子的信息。在xoy平面（纸面）内，垂直面的金属薄板，M、N与y轴平行放置，板N中间有一小孔O。有一由x轴、y轴和以O为圆心，圆心角为90°的半径不同的两条圆弧所围的区域I，整个区域I内存在大小可调，方向垂直纸面向里的匀强电场和磁感应强度大小恒为B₁、磁感线与圆弧平行且逆时针方向的磁场。区域I右侧还有一个边界与y轴平行且左边界与O点相距为l、下界与x轴重合的匀强磁场区域Ⅱ，其宽度为a，长度足够长，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小可调。光电子从板M逸出后经极板板间电压U加速（板间电场视为匀强电场），从小孔O射出，并沿各个可能的方向射入板N的右侧空间，调节区域I的电场强度和区域Ⅱ的磁感应强度。使具有某速度并沿某方向运动的电子恰好打在坐标为（a+2l，0）的点上，被置于该处的探测器接收。已知电子质量为m，电荷量为e，板M的逸出功为W₀，普朗克常量为h。忽略电子的重力及电子间的作用力。当频率为v的光照射M板时有光电子逸出。求：
（1）光电子从M板逸出的最大速度v_m的大小；
（2）光电子从O点射出时的速度v₀的大小范围；
（3）a．若某光电子从小孔O射出，且在xoy平面内运动，与x轴夹角为α，通过区域I、Ⅱ后被探测器接收到，若此时区域Ⅱ的磁感强度为B₂，求该光电子的速度v大小及此时区域I电场强度E的大小；
b．为了使从O 点以各种大小和方向的速度指向区域I的电子都能被探测到，需要调节区域I的电场强度E和区域Ⅱ的磁感应强度B₂，求E的最大值和B₂的最大值。

5 . 光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果．

组	次	入射光子的能量/eV	相对光强	光电流大小/mA	逸出光电子的最大动能
第一组	1	4.0	弱	29	0.9
	2	4.0	中	43	0.9
	3	4.0	强	60	0.9
第二组	4	6.0	弱	27	2.9
	5	6.0	中	40	2.9
	6	6.0	强	55	2.9

由表中数据得出的论断中不正确的是

A．两组实验采用了不同频率的入射光

B．两组实验所用的金属板材质不同

C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV

D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大

6 . （1）用波长为的光照射金属表面所产生的光电子垂直进入磁感强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时，其最大半径为R，电子质量为m，电量为e，普朗克恒量为，求：金属的逸出功
（2）一个光源以P=1.5W的功率向四周均匀地发射能量。在离光源距离R=3.5m处放置一钾箔，钾的逸出，假设入射光的能量是连续地和平稳地传给钾箔，光子动量，光的平均波长为，h为普朗克常量。假设钾箔完全吸收所有照射到它上面的能量。求：
a．钾箔在垂直入射光方向上单位面积上受到光的平均作用力（用题目中的物理符号表示）。
b．按照经典电磁理论，钾箔只需吸收足够的能量就可以逐出电子，若一个要被逐出的电子收集能量的圆形截面的半径约为一个典型原子的半径m，求电子将被逐出的时间。根据计算结果，你认为经典电磁理论在解释光电效应现象时是否合理，并说明理由。

7 . 如图所示，一平行金属极板竖直置于x轴负半轴某一位置，现施加一光照使得“－极板”的电子逸出。在“+极板AB”处有一特殊网罩，它只能够接受速度以最大初动能逸出且速度方向垂直极板的电子。极板AB长度为2a，且在极板中心处开有一个长度为a的区域，电子只能从该区域水平向右射出。在原点O的正上方有一半径为a的圆形区域磁场，磁感应强度为B，且在三四象限也分布着范围足够宽的磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小可调。若从极板AB逸出的电子均能够从O点的小孔射出。已知电子的质量为m，电荷量为e。
（1）若极板间的电压为U，“－极板”逸出功为，普朗克常量为h，求圆形区域内磁场的方向及照射光光子的频率；
（2）若第三、四象限磁场的磁感应强度大小也为B，求电子从O点射出后，打在x轴的坐标范围；
（3）若第三、四象限磁感应强度在（）到（）之间变化。要完全分辨从与射出的电子经O点后打在x轴的位置，则应小于多少？

8 . 可利用如图1所示的电路研究光电效应中电子的发射情况与光照的强弱、光的频率等物理量间的关系.K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K受到光照时能够发射电子.K与A之间的电压大小可以调整，电源的正负极也可以对调.

(1)a.电源按图1所示的方式连接，且将滑动变阻器中的滑片置于中央位置附近．试判断：光电管中从K发射出的电子由K向A的运动是加速运动还是减速运动?
b.现有一电子从K极板逸出，初动能忽略不计，已知电子的电量为e，电子经电压U加速后到达A极板.求电子到达A极板时的动能E_k.
(2)在图1装置中，通过改变电源的正、负极，以及移动变阻器的滑片，可以获得电流表示数，与电压表示数U之间的关系，如图2所示，图中U_C叫遏止电压.实验表明，对于一定频率的光，无论光的强弱如何， 遏止电压都是一样的．请写出光电效应方程，并对“一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的”做出解释.

(3)美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性，设计实验并测量了某金属的遏止电压U_C与入射光的频率.根据他的方法获得的实验数据绘制成如图 3所示的图线．已知电子的电量e=1.6×10^-19C,求普朗克常量h.（将运算结果保留l位有效数字.）

9 . 光电倍增管是用来将光信号转化为电信号并加以放大的装置，其主要结构为多个相同且平行的倍增极。为简单起见，现只研究其第1倍增极和第2倍增极，其结构如图所示。两个倍增极平行且长度均为2a，几何位置如图所示（图中长度数据已知）。 当频率为的入射光照射到第1倍增极上表面时，从极板上逸出的光电子最大速率为v_m。若加电场或磁场可使从第1倍增极逸出的部分光电子打到第2倍增极上表面，从而激发出更多的电子，实现信号放大。已知元电荷为e，电子质量为m，普朗克常量为h，只考虑电子在纸面内的运动，忽略相对论效应，不计重力。
（1）试求制作第1倍增极的金属材料的逸出功W；
（2）为使更多光电子达到第2倍增极，可在接线柱AB间接入一个电动势为E的电源，则到达第2倍增极的电子的最大动能是多少；
（3）若仅在纸面内加上垂直纸面的匀强磁场时，发现速度为垂直第1倍增极出射的电子恰能全部到达第2倍增极上表面。忽略电场力的作用，试求：
（I）磁感强度B的大小和方向；
（II）关闭光源后多长时间仍有光电子到达第2倍增极上表面。
可能用到的三角函数值：sin11.5^°=0.20，sin15°=0.26，sin37^°=0.60。

10 . 在玻尔的原子结构理论中，氢原子由高能态向低能态跃迁时能发出一系列不同频率的光，波长可以用巴耳末—里德伯公式来计算，式中λ为波长，R为里德伯常量，n、k分别表示氢原子跃迁前和跃迁后所处状态的量子数，对于每一个k，有、、其中，赖曼系谱线是电子由的轨道跃迁到的轨道时向外辐射光子形成的，巴耳末系谱线是电子由的轨道跃迁到的轨道时向外辐射光子形成的。
（1）如图所示的装置中，K为一金属板，A为金属电极，都密封在真空的玻璃管中，S为石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片射到金属板K上，实验中：当滑动变阻器的滑片位于最左端，用某种频率的单色光照射K时，电流计G指针发生偏转；向右滑动滑片，当A比K的电势低到某一值U_c（遏止电压）时，电流计G指针恰好指向零。现用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，若用赖曼系中波长最长的光照射时，遏止电压的大小为U₁；若用巴耳末系中n=4的光照射金属时，遏止电压的大小为U₂，金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸．电子要从金属中挣脱出来，必须克服这种阻碍做功，使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。
已知电子电荷量的大小为e，真空中的光速为c，里德伯常量为R，试求：
a．赖曼系中波长最长的光对应的频率；
b．普朗克常量h和该金属的逸出功W₀；
（2）光子除了有能量，还有动量，动量的表达式为p=（h为普朗克常量）
a．请你推导光子动量的表达式；
b．处于激发态的某氢原子以速度运动，当它向的基态跃迁时，沿与相反的方向辐射一个光子。辐射光子前后，可认为氢原子的质量为M不变。求辐射光子后氢原子的速度v（用h、R、M和表示）。