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
光電效應
111物理分科測驗–22
[題組:第22題到第24題] ◎二十世紀初期對於光電效應有許多不同的解釋，密立坎經由實驗證實愛因斯坦的光量子論，從而奠定了現代光電科技的基礎。現代生活中常見的太陽能板，能將太陽能轉換為電能，即是應用此一效應。令 \( h \) 代表普朗克常數，\( e \) 代表基本電荷。
假設 \( f \) 為光頻率，\( \lambda \) 為光波長，\( c \) 為光速，\( E \) 為光量子能量，則下列關係何者正確？（單選）
(A) \( E = \frac{hc^2}{\lambda} \)
(B) \( E = h\lambda \)
(C) \( E = h\lambda^2 \)
(D) \( E = hf \)
(E) \( E = hf^2 \)
111物理分科測驗–23
[題組:第22題到第24題]題號,題目,答案,解析
(1) 於作答區下方表格的元件圖例，繪製於如圖 11 所示的虛線方格中，並加以正確連接（注意接點的極性），使其成為光電效應實驗的電路圖。（2分）
(2) 承 (1)，若對同一金屬，選擇多種波長不同、但都能產生光電效應的入射光進行測量，則對於其中每種波長的入射光，必須改變何種物理量，使電路的電流發生何種情況？並取得哪個物理量的實驗數據，才能估計朗克常數對基本電荷的比值 h/e？（2分）
答案
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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112物理分科測驗–07
在光電效應實驗中，若入射光頻率固定，僅增加光的強度，而其餘條件不變，則增加的是下列光子的哪個物理量？
(A) 單一光子的能量
(B) 單位時間入射的光子總數
(C) 單一光子的動量
(D) 光子速度
(E) 光子質量
答案
113物理分科測驗05
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
105學測自然試題-37
聯 合 國 大 會 宣 布 2015年 為「 國 際 光 之 年 」，世 界 各 國 紛 紛 展 開 推 廣 活 動，希 望 大 眾 了 解 「 光 科 技 」的 重 要 性 。 想 要 了 解 光 的 特 性 ， 首 先 要 認 識 電 磁 波 光 譜 。 電 磁 波 可 依 其 頻 率 的 高 低 或 波 長 的 長 短 來 劃 分。將 波 長 由 長 到 短 排 列，則 分 別 為 無 線 電 波、 微 波、紅 外 線、可 見 光、紫 外 線、X射 線 及 伽 瑪 射 線，而 波 長 愈 長 的 能 量 愈 低。人 眼 可 看 到 的 只 有 可 見 光 ， 其 波 長 約 介 於 380~750 nm。
高 效 率 藍 光 發 光 二 極 體（ LED）的 發 明，促 使 明 亮 省 電 的 可 見 光 光 源 得 以 實 現， 因而獲頒 2014年 物 理 諾 貝 爾 獎 。 此 外，由於雷射 光 是 單 一 波 長 的光源 ， 易 聚 光 為 極 細且強的 光 束 ， 因 此 雷 射 的 發 明 對 現 代 科 技 應 用 貢 獻 甚 多 。
演 化 使 生 物 與 光 呈 現 多 樣 化 的 關 係 。 動 物 以 視 覺 感 應 光 ， 偵 測 週 遭 環 境 ， 植 物 以 生 化 反 應 從 光 中 提 取 能 量 ，但 只 有 少 數 物 種 主 動 發 光 。會 發 光 的 生 物 體 通 常 發 冷 光，此 冷 光 不 同 於 白 熱 光。螢 火 蟲 是 在 陸 地 上 發 黃 光 的 生 物，雙 鞭 毛 蟲（ 又 稱 甲 藻 ） 則 在 夜 間 發 藍 綠 光 ， 使 海 水 閃 放 藍 綠 光 。 天 文 觀 測 是 以 接 收 宇 宙 中 天 體 所 發 出 的 光 為 主 ， 科 學 家 透 過 觀 測 恆 星 、星 系 所 發 出 的 光，得 以 研 究 恆 星 演 化、宇 宙 起 源 等 問 題。光 速 雖 然 快，但 在 浩 瀚 的 宇 宙 中， 許 多 天 體 發 出 的 光 仍 須 傳 遞 很 久 才 會 抵 達 地 球 。
人造光源發光效率約如表 2 所示，表中的流明（1m）為經人類視覺效率調整之後的照明單位。下列敘述哪些正確？（應選 2 項）
| 人造光源 | 油燈 | 鎢絲燈泡 | 螢光燈 | 發光二極體 |
| 發光效率（1m/W） | 0.1 | 15 | 75 | 300 |
(A)紅光光子的能量大於藍光光子
(B)使用油燈時釋出的二氧化碳量與其他燈具差不多
(C)在同一時段提供相同的照明，鎢絲燈泡產生的熱能多於螢光燈
(D)在同一時段提供相同的照明，使用螢光燈所消耗的電能約是使用發光二極體的1/4倍
(E)在同一時段提供相同的照明，使用鎢絲燈泡所消耗的電能約是使用發光二極體的20倍
答案
108學測自然試題-08
某生產農被鬧鐘喚醒，以電動牙刷洗漱，早餐吃的是烤麵包機烤的吐司。出門搭公車上學時，遇到同學提起，猛然發現忘了整理昨天數學課的筆記，於是拿出手機內建的相機拍攝同學的筆記參考，再使用太陽能電池計算機輔助驗算。在上述過程所應用到的工具中，下列哪一選項中的組合最可能應用到光電效應？
(A)鬧鐘和電動牙刷 (B)電動牙刷和公車
(C)烤麵包機和手機內建的相機 (D)手機內建的相機和大陽能電池計算機
(E)烤麵包機和大陽能電池計算機
答案
106學測自然試題-30
二十世紀初葉發現光具有波與粒子二象性，為近代光電科技的重要基礎。下列有關光之波粒二象性的敘述，哪些正確？（應選 3 項）
(A) 光的頻率愈高，則光量子的能量愈大
(B) 楊氏雙狹縫實驗，驗證了光的波動性質
(C) 入射光的波長愈長，愈容易產生光電效應
(D) 波與粒子二象性乃光子特性，其他物質並無波粒二象性
(E) 愛因斯坦以光能量的量子化，解釋光電效應，驗證了光的粒子性質
答案
