真正的光電管：鈉的功函數
1·預測
鈉的功函數為2.28 eV，對應約544 nm（黃綠光）的閾值波長。紅光（約650 nm）無論多亮，是否能從鈉中射出任何光電子？
- 是的，如果光線夠亮的話。
- 這取決於光照射的時間長短。
- 不會－紅光的光子能量低於鈉的功函數，因此無論強度如何，都不會發射電子。
2·設定
- 開啟 sodium-photocell 預設並按下 Reset。鈉的功函數為2.28 eV。
- 啟用光子能量與光電發射狀態讀數。
- 設定每次試驗的光波長並記錄最大動能（如果低於閾值則為 0）。
3·收集數據
| 波長λ (nm) | 光子能量E_γ (eV) | 最大動能K_max (eV) |
|---|---|---|
| 450.00 | ||
| 500.00 | ||
| 550.00 |
針對三次試驗，繪製K_max（Y軸）相對波長λ（x軸）的關係圖。K_max在哪個波長處降為零？
4·分析
- 對於其中一次試驗，計算E_γ = hc/λ，再使用φ = 2.28 eV計算K_max = max(0, E_γ − φ)。將結果與表格比較——確認波長最長的那次試驗給出K_max = 0。
- 鈉的閾值波長為 λ_threshold = hc/φ ≈ 544 nm。解釋為什麼任何比這個波長更長的波長（較低的光子能量）永遠不能從鈉中射出電子，無論光的強度如何。
5·擴展
- 選擇不同的光伏材料以使其功函數與太陽光譜相符。解釋為什麼功函數太高的材料會浪費大部分太陽可見光而不是將其轉換為電能。
- 此實驗顯示 K_max 取決於波長（顏色），而不是亮度。如果將固定波長的亮度提高到閾值以上，光的哪些物理特性會改變？
這個實驗背後的物理原理
閾值行為
K_max = max(0, E_γ − φ)：低於功函數，無論強度如何，都不會發射光電子 - 這是一個純經典（波）光圖無法解釋的尖銳閾值。