在上一個影片中

我們學到雷納光電效應的實驗裝置

它使用可以改變方向的可變電壓

測得光電子的飽和電流與最大動能

那麼大家想想看

有這麼多不同頻率的光

也有很多不同種類的金屬靶

如果雷納改變不同頻率的入射光

然後照射在不同種類的金屬靶

那飽和電流或光電子的最大動能

會有什麼不一樣呢？

我們先複習一下之前影片的實驗

當入射光照射到金屬靶

若產生光電子時

光電子會往另一個金屬片靠近

雷納在兩金屬板之間

加入一個可變電壓

依照不同的用途

可變電壓分成兩種不同的方向

順向電壓

金屬靶為低電位

此時電力對電子作正功

電子動能會變大

於是單位時間到達安培計的電子數量會上升

因此光電流上升

當順向電壓高於某個值時

光電流不再上升

稱為飽和電流

逆向電壓

金屬靶為高電位

此時電力對電子作負功

電子動能會變小

於是單位時間到達安培計的電子數量會減少

光電流隨之下降

當逆向電壓到達某個值時

光電流瞬間為零

此時逆向電壓的值

稱為截止電壓

接著即可計算出電子的最大動能

光波的強度定義為

被照射物體在單位面積上

接收到光的能量

單位為瓦特除以公尺平方

同學可以想像成

光強度越大

則光看起來也越明亮

按照古典物理電磁學的理論

電磁波的能量與振幅的平方成正比

所以強度越大的電磁波

振幅也越大

雷納使用相同頻率的入射光

照射相同種類的金屬靶

然後改變不同的光強度照射金屬表面

大家想想看

表面的電子會有甚麼樣的改變呢？

雷納的實驗結果發現

當順向電壓增大時

改變不同的入射光強度

飽和電流也隨之跟著改變

且飽和電流值竟然與光強度成正比

也就是強度高的入射光

可以撞擊出更多的光電子

想想看

為什麼會是這個實驗結果呢？

我們學習過

電磁波是由變動的電場與磁場振盪組成的

當光線照射到金屬靶時

電子會受到電磁波的電場作用

因此電子會隨著電場產生振動

電子振動的強度越大

越有能量能脫離金屬靶的束縛

我們在波動的章節學過

兩個波交會時

其合成波的振幅

為兩個波個別的振幅相加或相減

所以如果反過來想

我們是不是也可以把一個振幅比較大的波

拆成好幾個振幅比較小的子波呢？

如果每一個子波

都分別使不同的電子產生振動

那就可以振動較多的電子脫離金屬靶

也就是說

光強度較大的入射光

能夠撞擊出更多的電子

因此飽和電流值也變大了

雷納為了測量電子的最大動能

改變可變電壓的方向

進而增大逆向電壓

我們剛剛學過

當光線照射到金屬靶時

電子會受到電磁波的電場作用

因此電子會隨著電場產生振動

電子振動的強度越大

越有能量能脫離金屬靶的束縛

那麼我們是不是可以推論

強度增大的入射光

產生的光電子的動能

也會因此而增大呢？

雷納的實驗結果顯示

若使用相同頻率的入射光

並且入射光的強度變大

照射相同的金屬靶

光電子的截止電壓並不會改變

也就是光電子的最大動能

與入射光的強度無關

這個實驗結果

困擾著當時的物理學者

我們來思考一下這個問題

從前面的課程內容學到

飽和電流值與光強度成正比

因此我們可以觀察

題目中的光電流與電壓關係圖

比較A、B、C三個入射光的飽和電流大小

即可推論光強度的大小為

A大於B大於C

而要推論三個入射光的光電子

最大動能的大小關係

我們可以觀察光電流與電壓關係圖的截止電壓

也就是光電子的最大動能

可以發現A、C的截止電壓相等

且大於B

讓我們來整理一下今天所學的重點內容

由雷納測量光電效應實驗的I-V圖可知

1. 飽和電流與光強度成正比

2. 截止電壓

電子的最大動能與光強度無關

請觀察雷納測量光電效應實驗的I-V圖

是否有遵守歐姆定律呢？

歡迎留言分享你的想法喔

下次見囉

bye bye