Question

（1）2009年諾貝爾物理學獎得主威拉德?博伊爾和喬治?史密斯主要成就是發明了電荷耦合器件（CCD）圖象傳感器．他們的發明利用了愛因斯坦的光電效應原理．如圖所示電路可研究光電效應規律．圖中標有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽級．理想電流計可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓．現接通電源，用光子能量為10.5eV的光照射陰極K，電流計中有示數，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的讀數逐漸減小，當滑至某一位置時電流計的讀數恰好為零，讀出此時電壓表的示數為6.0V；現保持滑片P位置不變，光電管陰極材料的逸出功為______，若增大入射光的強度，電流計的讀數______（填“為零”或“不為零”）．
（2）2010年2月，溫哥華冬奧會上，我國代表團憑借申雪/趙宏博在花樣滑冰雙人滑比賽中的完美表現，獲得本屆冬奧會上的第一塊金牌，這也是中國隊在花樣滑冰賽場上獲得的首枚奧運會金牌．若質量為m₁=79kg的趙宏博抱著質量為m₂=44kg的申雪以v=10m/s的速度沿水平冰面做直線運動，某時刻趙宏博突然將申雪向前水平推出，推出后兩人仍在原直線上運動，經時間t=2.0s后兩人相距s=4.0m，冰面的摩擦可忽略不計．求：
（i）兩人分離時的速度大小分別為多少；
（ii）趙宏博將申雪推出時受到申雪的沖量大小和方向．

Answer 1

【答案】分析：（1）圖中所加的電壓為反向電壓，根據電壓表的示數得出最大初動能，再根據光電效應方程求出逸出功的大小．入射光的強度不影響光電子的最大初動能．
（2）根據動量守恒定律，結合位移時間公式求出兩人分離時的速度大小．
根據動量定理，通過申雪動量的變化量求出沖量的大小和方向．
解答：解：（1）光電效應的最大初動能E_km=eU=6eV．
根據光電效應方程得，E_km=hv-W
則逸出功W=hv-E_km=10.5-6eV=4.5eV．
光電子的最大初動能與入射光的強度無關，則增大入射光的強度，光電子的最大初動能不變，則電流仍然為零．
故答案為：4.5eV，為零．
（2）（i）設兩人分離時趙宏博的速度為v₁，申雪的速度為v₂，由動量守恒定律得：（m₁+m₂）v=m₁v₁+m₂v₂  
經時間t=2.0s后兩人相距s=4.0m，即：s=（v₂-v₁）t 
解得：v₁=9.3m/s，v₂=11.3m/s  
（ii）申雪對趙宏博的沖量等于趙宏博動量的變化：I=m₁v₁-m₁v=-55.3Ns，方向與原來的運動方向相反
答：（i）兩人分離時的速度大小分別為9.3m/s，11.3m/s．
（ii）趙宏博將申雪推出時受到申雪的沖量大小為55.3Ns，方向與原來的運動方向相反．
點評：本題考查了光電效應中的光電效應方程以及動量守恒定律和動量定理，難度不大，關鍵要熟悉這些基本規律，加強這方面的訓練．