光電効果：阻止電位
1 · 予測
放出光電子を金属へ押し戻す逆電圧をかけます。最速の電子さえちょうど止めるには、何Vが必要でしょうか？
- 阻止電圧は光子エネルギーに依存しません。
- 阻止電圧（V）は最大運動エネルギー（eV）と数値的に等しく、最速電子を止めるにはその逆仕事が必要です。
- 阻止電圧は光でなく光電池の形に依存します。
2 · 準備
- photoelectric-retard プリセットを開いて Reset を押します。仕事関数は2.0 eVです。
- 阻止電位読み出しを有効にします。
- 各試行で波長を設定し、最速光電子を止める阻止電位を記録します。
3 · データ収集
| 波長 λ (nm) | 光子エネルギー E_γ (eV) | 阻止電位 V_stop (V) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 350.00 | ||
| 450.00 |
3回の試行について V_stop（縦軸）を E_γ（横軸）に対してプロットします。
4 · 分析
- E_γ = hc/λ、φ = 2.0 eV で V_stop = K_max = E_γ − φ を計算します。1 eVの運動エネルギーは1 Vで止まるため数値的に等しいです。
- 阻止電圧を測ると電子速度を直接測らずに eV 単位の K_max を読み取れる巧妙な実験法になる理由を説明します。
5 · 発展
- V_stop を波長でなく光の振動数に対してプロットすると傾きは h/e です。このグラフがプランク定数の実験測定に使われた理由を説明します。
- 光子エネルギーが2.0 eV未満なら阻止電位はどうなりますか？その場合、阻止電位は必要ですか？
この実験の物理
阻止電位
最速光電子をちょうど止める逆電圧は、その最大運動エネルギー（eV）に等しく V_stop = K_max = E_γ − φ です。しきい値を超える光子エネルギーを直接測れます。