Question

（1）在光电效应的实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压的关系曲线，如图所示．下列判断正确的是______．
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．若更换不同的光电管，对应的截止频率也将不同
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
E．甲光的光强大于乙光的光强
（2）在足够长的光滑固定水平杆上，套有一个质量为m=0.5kg的光滑圆环．一根长尾L=1m的轻绳，一端拴在环上，另一端系着一个质量为M=2kg的木块，如图所示．现有一质量为m=20g的子弹以v=1000m/s的水平速度射入木块，子弹穿出木块时的速度为u=200m/s，子弹与木块作用的时间极短，取g=10m/s²．求
①当子弹射穿木块时，轻绳的拉力大小F；
②当子弹射穿木块后，木块向右摆动的最大高度h．

Answer 1

【答案】分析：（1）光电管加正向电压情况：P右移时，参与导电的光电子数增加；P移到某一位置时，所有逸出的光电子都刚参与了导电，光电流恰达最大值；P再右移时，光电流不能再增大．
光电管加反向电压情况：P右移时，参与导电的光电子数减少；P移到某一位置时，所有逸出的光电子都刚不参与了导电，光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率；P再右移时，光电流始终为零．
eU_截=mv_m²=hγ-W，入射光的频率越高，对应的截止电压U_截越大．
从图象中看出，丙光对应的截止电压U_截最大，所以丙光的频率最高，丙光的波长最短，
丙光对应的光电子最大初动能也最大．
（2）子弹射穿木块的过程遵守动量守恒，由动量守恒定律求出子弹穿出木块后木块的速度．根据向心力公式求出轻绳的拉力大小；
木块与圆环一起向右摆动的过程中，系统水平方向不受外力，水平方向动量守恒．当两者水平速度相同时向右摆到最大高度，
由动量守恒和机械能守恒结合求解木块向右摆动的最大高度．
解答：解：（1）光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，可知，乙光对应的截止频率小于丙光的截止频率；
根据eU_截=mv_m²=hγ-W，入射光的频率越高，对应的截止电压U_截越大．甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等；
丙光的截止电压大于乙光的截止电压，
所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长；丙光的截止电压大于甲光的截止电压，
所以甲光对应的光电子最大初动能小于于丙光的光电子最大初动能．更换不同的光电管，对应的截止频率也将不同，
由图可知，甲的饱和电流大于乙的饱和电流，而光的频率相等，所以甲光的光强大于乙光的光强
故A、D错误，BCE正确．
故选BCE．
（2）设子弹从木块穿过后木块获得的速度为v，根据动量守恒得
      mv=mu+Mv
代入解得v=8m/s
对木板，根据向心力公式得：
F-Mg=M
解得F=148N
木块与圆环一起向右摆动的过程中，由水平方向动量守恒和机械能守恒得
    Mv=（M+m）v₁
Mv²=（M+m）v₁²+（M+m）h
解得h=0.64m
答：①当子弹射穿木块时，轻绳的拉力大小为148N；
②当子弹射穿木块后，木块向右摆动的最大高度为0.64m．
点评：（1）解决本题的关键掌握截止电压、截止频率，以及理解光电效应方程；
（2）本题是连接体机械能守恒和水平方向动量守恒问题，研究对象只能针对系统，对单个物体机械能不守恒．