111-分科測驗-物理-題組-22-24

二十世紀初期對於光電效應有許多不同的解釋，密立根經由實驗證實愛因斯坦的光量子論，從而奠定了現代光電科技的基礎，現代生活中常見的太陽能板，能將太陽能轉換為電能，即是應用此一效應。令

h

代表普朗克常數，

e

代表基本電荷。

假設

f

為光頻率，

\lambda

為光波長，

c

為光速，

E

為光量子能量，則下列關係何者正確？

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普朗克關係式直接把單一光子的能量與頻率連結。

（1）於作答區將下表的元件圖例，繪製於如圖 11 所示的虛線方格中，並加以正確連接（注意接點的極性），使其成為光電效應實驗的電路圖。（2分）

（2）承（1），若對同一金屬，選擇多種波長不同、但都能產生光電效應的入射光進行測量，則對於其中每種波長的入射光，必須改變何種物理量，使電路的電流發生何種情況，並取得哪個物理量的實驗數據，才能估測普朗克常數對基本電荷的比值

h/e

？（2分）

提示 1查看提示

截止電壓時，收集電極相對發射電極為負，光電流剛好降為零。

提示 2查看提示

將不同頻率量到的截止電壓對頻率作圖，斜率就是 $h/e$ 。

圖 12 為密立根測得的光電效應數據。他使用光槓桿裝置來記錄光電流的大小，即是以光點偏移量（

\mathrm{mm}

）代表光電流值。

（1）試依據圖 12 中入射光波長

\lambda = 546.1 \mathrm{nm}

、

433.9 \mathrm{nm}

、

365.0 \mathrm{nm}

（頻率

f=5.49\times10^{14}\mathrm{Hz}

、

6.91\times10^{14}\mathrm{Hz}

、

f=8.22\times10^{14}\mathrm{Hz}

）的三組數據與其趨勢線，估測截止電壓（即遏止電位）

V_0

，將其值填入作答區的表格第

3

列。（2分）

（2）於方格紙中作

V_0-f

圖。（2分）\
（3）求出普朗克常數與基本電荷的比值

h/e

。

~V \cdot s

（2分）

提示 1查看提示

對每條光電流曲線，向零電流外推讀出與電壓軸交點。

提示 2查看提示

用 $V_0$ 對頻率 $f$ 的斜率求 $h/e$ 。

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