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111物理分科測驗–24


<>[題組:第22題到第24題] 圖 12 為密立根測得的光電效應數據。他使用光柵桿裝置來記錄錄光電流的大小,即是以前點偏移量(mm)代表光電流值。

(1)試依圖 12 中入射光波長 $\lambda = 546.1\ \mathrm{nm}$、$\lambda = 433.9\ \mathrm{nm}$、$\lambda = 365.0\ \mathrm{nm}$(頻率 $f = 5.49\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$、$6.91\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$、$8.22\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$)的三組數據與其趨勢線,估測截止電壓(即遏止電位)$V_0$,將其填入作答區的表格第 3 列。(2 分)

(2)於方格紙中作 $V_0 – f$ 圖。(2 分)

(3)求出朗克常數與基本電荷的比值 $h/e$。(2 分)

答案

(1) $V_0$ 值:約 0.5 V、1.0 V、1.6 V
(2) 作 $V_0$ 對 $f$ 的圖,為直線
(3) $h/e \approx 4.13\times10^{-15}\ \mathrm{J\cdot s/C}$","
(1) 由圖 12 可見:
- $\lambda = 546.1\ \mathrm{nm}$ 時,電流降至零時電壓約為 0.5 V → $V_0 = 0.5\ \mathrm{V}$
- $\lambda = 433.9\ \mathrm{nm}$ 時,$V_0 \approx 1.0\ \mathrm{V}$
- $\lambda = 365.0\ \mathrm{nm}$ 時,$V_0 \approx 1.6\ \mathrm{V}$

(2) 以 $f$ 為橫軸、$V_0$ 為縱軸繪圖,應為直線。

(3) 由光電效應公式:
$eV_0 = hf - W_0$
整理得:
$V_0 = \frac{h}{e}f - \frac{W_0}{e}$
故 $V_0 - f$ 圖的斜率即為 $h/e$。

取兩點計算斜率:
- $f_1 = 5.49\times10^{14}\ \mathrm{Hz}, V_{01} = 0.5\ \mathrm{V}$
- $f_2 = 8.22\times10^{14}\ \mathrm{Hz}, V_{02} = 1.6\ \mathrm{V}$

斜率:
$\frac{\Delta V_0}{\Delta f} = \frac{1.6 - 0.5}{8.22\times10^{14} - 5.49\times10^{14}} = \frac{1.1}{2.73\times10^{14}} \approx 4.03\times10^{-15}\ \mathrm{V\cdot s}$

因此:
$\frac{h}{e} \approx 4.03\times10^{-15}\ \mathrm{J\cdot s / C}$
接近標準值 $4.13\times10^{-15}\ \mathrm{J\cdot s / C}$ 報錯
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