광전 효과: 지연 전위
1 · 예측
방출된 광전자를 금속쪽으로 다시 밀어내기 위해 지연 전압이 적용됩니다. 가장 빠르게 방출되는 전자라도 간신히 멈추려면 어떤 전압이 필요합니까?
- 정지 전압은 광자 에너지에 의존하지 않습니다.
- 정지 전압(볼트 단위)은 수치적으로 최대 운동 에너지(eV 단위)와 동일합니다. 즉, 가장 빠른 전자를 정지시키려면 정확히 그만큼의 역 작업이 필요합니다.
- 정지 전압은 빛이 아니라 광전지의 모양에 따라 달라집니다.
2 · 설정
- photoelectric-retard 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 광전지의 일함수는 2.0eV로 고정되어 있습니다.
- 저지 전압 표시를 활성화하세요.
- 각 시행에 대해 빛의 파장을 설정하고 가장 빠른 광전자를 정지시키는 데 필요한 정지 전위를 기록합니다.
3 · 데이터 수집
| 파장 λ (nm) | 광자 에너지 E_γ (eV) | 저지 전압 V_stop (시트 내 통일) (V) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 350.00 | ||
| 450.00 |
세 번의 시행에 대해 V_stop(y축)을 광자 에너지 E_γ(x축)에 대해 그래프로 그리세요.
4 · 분석
- 한 번의 시행에서는 E_γ = hc/λ를 계산한 다음 φ = 2.0 eV를 사용하여 V_stop = K_max = E_γ − φ를 계산합니다(수치적으로 1 eV의 운동 에너지가 정확히 1 V의 지연 전위에 의해 중단되므로). 표와 비교해 보세요.
- 정지 전압을 측정하는 것이 영리한 실험적 트릭인 이유를 설명하십시오. 전자 속도를 직접 측정할 필요 없이 eV 단위로 K_max를 직접 읽습니다.
5 · 확장
- 대신 진동수(파장이 아님)에 대해 V_stop을 플롯하면...
- 광자 에너지가 2.0 eV보다 낮은 빛에 대한 지연 전위는 얼마일까요? 그런 경우 지연 전위가 아예 필요 없는 걸까요?
이 실험의 물리학
저지 전압
가장 빠른 광전자를 겨우 멈추게 하는 저지 전압은 그 광전자의 최대 운동 에너지(eV 단위)와 같습니다: V_stop = K_max = E_γ − φ. 이는 문턱값 이상 광자 에너지를 직접적이고 쉽게 측정할 수 있는 값으로 보여줍니다.