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110指考化學考科-01

當原子的電子由激發態躍遷至基態時,會將多餘的能量以光的形式釋出,這種現象為電子躍遷的一種。氫原子在下列哪一種主量子數 \( n \) 之間的電子躍遷,所產生光譜的波長最短?
(A) \( n = 4 \rightarrow n = 2 \)
(B) \( n = 3 \rightarrow n = 1 \)
(C) \( n = 4 \rightarrow n = 3 \)
(D) \( n = 3 \rightarrow n = 2 \)
(E) \( n = 2 \rightarrow n = 1 \)

答案

能量差越大,波長越短。\( n=3 \rightarrow n=1 \) 能階差最大,故波長最短。答案:B 報錯
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110指考物理分科考科_11

科學家常用X 射線繞射來測知晶體結構,若將波長為λ的X 射線改用電子束取代,並進行相同晶體的繞射實驗,以測得相同的繞射圖樣,則電子的能量為何?(h 為普朗克常數,m為電子質量)
(A)\( \frac{h^2}{2m\lambda^2} \) (B) \( \frac{2h}{m\lambda} \) (C)\( \frac{h}{m\lambda} \)
(D)\( \frac{h^2}{m\lambda} \) (E)\( \frac{h^2}{2m\lambda^2} \)。

答案

略解:電子物質波波長 \( \lambda = \frac{h}{p} \Rightarrow p = \frac{h}{\lambda} \)。
電子動能 \( K = \frac{p^2}{2m} = \frac{(h/\lambda)^2}{2m} = \frac{h^2}{2m\lambda^2} \)。
答案:E 報錯
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110指考物理分科考科_12

某一LED 燈組,其光強度對波長的關係如圖6 所示,黃-紅光範圍的光強度比藍光範圍的光強度大很多。某生以此光源照射某一金屬,進行光電效應實驗,發現皆可產生光電子,如圖7 所示。設可變直流電源的電位為V(集電極電位相對於發射極電位)、量測到的光電流為I,則下列何者為該實驗所測得的I – V 關係圖?

 

答案

略解:LED 光譜中低能量(長波長)光子數多,高能量(短波長)光子數少。
光電效應中,光子能量 \( E = hf \) 需大於功函數才可產生光電子,光電流與光子數成正比。
反向電壓增大時,先截止低能量光電子(對應小反向電壓),再截止高能量光電子(對應大反向電壓)。因低能量光子數多,故反向電壓從小增大時,光電流先大幅下降,後小幅下降,如選項(A)。
答案:A 報錯
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110指考物理分科考科_16

由許多個處於基態的氫原子所組成的系統,吸收一束單一頻率的光後各自躍遷到主量子數為 n 的激發態,當這些處於激發態的氫原子回到基態時,可以測量到六條不同波長的光譜線,試問 n 為何?
(A) 7 (B) 6 (C) 5 (D) 4 (E) 3。

答案

略解:從主量子數 n 能級躍遷回基態,可產生 \( \frac{n(n-1)}{2} \) 條光譜線。
令 \( \frac{n(n-1)}{2} = 6 \Rightarrow n(n-1)=12 \Rightarrow n=4 \)(因 \( 4\times3=12 \))。
答案:D 報錯
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113物理分科測驗05

在入射光的頻率高於底限頻率(截止頻率)的光電效應實驗中,實驗測得的截止電壓(遏止電位)與下列何者成正比?
(A)電子在被激發出之前的能量
(B)入射光的強度
(C)光電流的強度
(D)被照射金屬靶的功因數
(E)光電子的最大動能

答案

光電效應方程式:\(h\nu = W + K_{\text{max}}\),其中 \(K_{\text{max}} = eV_c\),故截止電壓 \(V_c\) 與光電子最大動能 \(K_{\text{max}}\) 成正比。故選(E)。答案:E 報錯
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114物理分科測驗11

在光電效應實驗中,以波長為640nm的紅光雷射照射某一金屬靶材,金屬表面發射出光電子的最大動能為K。若改使用波長為480nm的藍光雷射照射相同金屬靶材,則金屬表面發射出光電子的最大動能為何?
(A)無法激發射出光電子 (B) \( \frac{4K}{3} \) (C)大於\( \frac{4K}{3} \) (D)小於\( \frac{3K}{4} \) (E)仍為K

答案

由光電效應方程式得 \( K' = \frac{1}{3} W + \frac{4}{3} K \gt \frac{4}{3} K \)。
答案:C 報錯
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107學測自然試題-18

下列所述光電效應中人射光與光電子之間的關係,何者證實了光具有粒子性?
(A)光電子的數目與照射在金屬表面的人射光頻率成正比
(B)光電子產生與否決定於照射在金屬表面的人射光強度
(C)照射於金屬表面的人射光頻率須大於某一特定值方能產生光電子
(D)照射於金屬表面的人射光波長須大於某一特定值方能產生光電子
(E)照射於金屬表面的人射光波長及強度均須大於某一特定值方能產生光電子

答案

光電效應中,光子能量 E=hν 需大於功函數才能產生光電子,與光強度無關,此粒子性解釋了頻率門檻效應。故選 (C)。 報錯
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