大家去便利商店的時候

有沒有發現一個現象呢？

每當有人經過玻璃門的時候

玻璃門會自動開啟

並且過一段時間後會自動關上

這樣的設計可以讓人安全的進出便利商店

而不會撞上玻璃門

這是怎麼做到的呢？

讓我們先來複習高一時學過的知識

1887年

德國物理學者赫茲當時在研究電磁波

意外在做實驗時觀察到

當紫外光照射到金屬材料時

金屬表面會產生電子

雖然赫茲當時並不知道

造成這個現象的原理是什麼

但赫茲主要的研究的是電磁波的領域

所以他並沒有深入研究這個現象

直到十三年後

1900年

雷納繼續赫茲發現的光電效應實驗

雷納發現光電效應有一些是古典物理無法解釋的部分

雷納發現光電效應的發生與否

只與入射光源的頻率有關

入射光源的頻率必須大於某一個最低的頻率

（稱為底限頻率）

才能產生光電子

如果入射光的頻率比底限頻率低

入射光的光強度再大

也無法產生光電子

接下來

讓我們來觀察一下光電效應的實驗裝置

需要注意的地方吧！

第一點

當入射光照射到金屬靶時

電子從金屬表面脫離

可是每一個電子

在玻璃管中移動的速度方向不一定相同

那麼我們要如何才能讓所有的電子

全部到達終點的電極

並通過安培計呢？

會有此現象的原因

是因為電子如果與空氣分子發生碰撞

就有可能會改變前進的方向

所以為了避免這個現象發生

我們該怎麼做呢？

我們可以將玻璃管內的氣體抽離

讓玻璃管呈現真空的狀態

電子在前進時

就不會被干擾移動方向了喔！

第二點

電子脫離金屬靶後

可能不會馬上朝向終點電極的方向移動

這樣會無法讓所有的電子通過電極與安培計

那麼要如何讓電子在脫離金屬靶後

都朝向終點的電極方向前進呢？

在靜電學的單元

我們學過電場的原理

我們可以在金屬靶與終點的電極之間

施加一個電場

就可以讓電子有一個向前的電力

讓電子能夠順利到達安培計喔

我們來思考一下這個問題

讓我們再更深入的討論

實驗裝置圖的電場的作用

電場的方向

可以分成順向與逆向電壓兩種

若在兩電極板間施加順向電壓

（也就是此時金屬靶為低電位）

此時電場向後、電力向前

可以協助光電子往前運動

讓光電流增加

但當順向電壓大到一定程度時

光電流達到飽和

表示每單位時間到達安培計的光電子數量

已經達最大值

光電流的數量也不會再無限制地增加

若在兩電極板間施加逆向電壓

（也就是此時金屬靶為高電位）

此時電場向前、電力向後

則會阻止光電子向前的運動

使電流減小

並且

當逆向電壓增大到某個值

光電流變為零

此時連動能最大的電子

也無法到達安培計了！

這個電壓非常的重要

這個電壓稱為截止電壓

可以寫為Vc

電子於電場中會受到電力作用

當加入逆向電壓時

電力對電子作負功

電子的動能會因此而減少

並且轉成電位能

根據靜電學所學過的知識：

電力作功W等於qVc

所以可以推得

電子的動能也等於qVc

當安培計讀數為零時

表示光電子的動能皆在抵達電極前耗盡

完全轉換成電位能

藉由這個方式

我們就可以透過實驗數據中Vc的值

估算出光電效應所產生的電子裡面

動能最大為多少

是不是很神奇呢？

現在我們來回答片頭的問題

便利商店的玻璃門旁邊

裝了一組紅外光發射器與感應器

這個發射器會持續地發出人眼看不到的紅外光

每當人通過玻璃門的時候

身體會擋住部分的紅外光

使得投射到地板的紅外光反射時的強度不同

感應器接收到反射光線的強弱改變

因此感應器內部由於光電效應所產生的電流大小

也會因此不一樣

藉由不同的電流大小

感應器就會知道有人經過玻璃門

從而控制馬達開啟或關閉玻璃門喔！

你有想到原因嗎？

下次經過的時候

可以注意看看喔！

讓我們來總結一下這支影片的學習內容

光電效應：

入射光照射金屬靶的表面

會使部分電子脫離金屬表面的現象

底限頻率：

光電效應的發生與否

只與入射光的頻率有關

入射光源的頻率必須大於某一個最低的頻率

在金屬靶與電極之間

提供一個可變的電壓時

順向電壓可以讓電子較快抵達終點

測得飽和光電流大小

逆向電壓阻止電子抵達終點

並可以求得截止電壓與電子的最大動能

現在的手機都有照相的功能

但是手機內部並沒有裝設底片

當使用手機拍照時

手機內的感光元件是如何知道此時的拍攝景象

並且顯示在螢幕上的呢？

歡迎留言分享你的想法！

下次見囉！

bye bye