徐博士物理實驗室｜近代物理學篇・光電效應 3D 實驗艙

徐博士物理實驗室

近代物理學篇・光電效應 3D 實驗艙

密碼不正確，請再試一次

公式會被遺忘，但邏輯會跟隨一輩子。

正在建立真空光電管、光子束、光電子與全景實驗室...

LIGHT COMES IN PACKETS

光電效應

光的能量一包一包，頻率夠高才打得出電子

調整光的頻率與強度，觀察電子被打出的速度與數量；再換一塊金屬，比較臨界頻率 f₀ 的差異。

hf = W + Eₖ(max) 光子能量 = 功函數 + 電子最大動能；f 低於 f₀，光再強也打不出電子。

光頻率 f7.0 ×10¹⁴ Hz

光強度（光子數量）70%

陽極電壓 U（− 逆向｜＋加速）0.0 V

視角快捷（1–4・雙擊畫面歸位）自由

視角靈敏度（R 鍵歸位）1.0×

經典 I–V 圖即時繪製：加正電壓電流升到飽和；加逆向電壓電流下降，到 −V₀（遏止電壓）歸零。金點是你現在的工作點。

觀察兩件事：① 光強只改變飽和電流高度，不改變 V₀；② 頻率 f 只改變 V₀（eV₀ = hf − W），不改變飽和電流。這兩件事是段考最愛。

愛因斯坦光電方程 Eₖ = hf − W 在圖上是一條直線：斜率就是普朗常數 h（所有金屬都一樣），x 截距就是臨界頻率 f₀。金點是你現在的工作點。

換金屬（改 W）→直線平移，但 斜率不變（h 是普世常數）；這正是密立根當年用光電效應算出 h 的方法。

先推頻率
把 f 往上推，跨過臨界頻率 f₀ = W/h 的瞬間，電子才開始飛出。

再拉光強
f 不變時光越強，飛出的電子「數量」越多，但每顆的動能不變。

換金屬比較
鋅的功函數大，得用紫外線才打得動——這正是光量子論的證據。

用光電管親手驗證，答對立刻鑄造任務勳章；三枚集滿，自動加冕本艙「大師勳章 🏅」。

🔒任務一・臨界頻率狙擊

把金屬設為銫 Cs，慢慢調降頻率——光電流恰好歸零的臨界頻率 f₀ 約是多少（×10¹⁴ Hz）？

提示：f₀ = W/h。慢慢拉頻率滑桿，電流條熄滅的那一刻就是答案，HUD 也誠實寫著。

🔒任務二・光強陷阱

當 f < f₀ 時，把光強從 0% 一路拉到 100%，光電流會怎樣？

提示：把 f 調到 4.0 再拉光強親眼驗證——這一題當年考倒了整個古典物理。

🔒任務三・功函數偵探

能量 4.0 eV 的光子打在鈉 Na（W = 2.28 eV）上，光電子最大動能 Eₖ 是？

提示：Eₖ = hf − W = 4.0 − 2.28。愛因斯坦光電方程式，一減就破案。

0.76 eV

光電流（電子數量）中等

電子最大動能低速

臨界頻率 f₀（此金屬）5.2 ×10¹⁴ Hz

遏止電壓 V₀ = Eₖ/e0.76 V

光子 hν（色隨頻率）光電子 e⁻ 外電路電流 f < f₀：無電子

操作提示：滑鼠左鍵旋轉，右鍵平移，滾輪縮放。把頻率降到 f₀ 以下再猛加光強——電流依然是零，這就是愛因斯坦拿諾貝爾獎的原因。