Question

コロッケ

光電管が正しく作動するように組み立てる問題ですが

直流電流と光電管以外の配置の根拠がわからないです

300 VII章 原子
発展問題
<思考>
582. 光電効果■ 光電効果を調
べるために,振動数の単色光
源と光電管を用いて実験を行っ
た。 次の各問に答えよ。
(1) 光電管,直流電源 (可変抵
抗器を含む) 電流計,電圧計
を用いて, 実験の電気回路図を示せ。
光電管の電極Bに対する電極Aの電位差をVとし, 光
をあてたときの光電流の大きさをIとすると,それらの
関係は図のようになった。
(2) 光電面から電子を放出させるためには,最低どれ
だけのエネルギーが必要か。ただし,プランク定数を
ん,電子の電荷を -e とする。
- Vo
(3) 光電面に照射する光の振動数を変えずに強さを2倍にしたとき, 電位差Vと光
流Iの関係はどのようになるか。 グラフで示せ。
(千葉大改)
例題48
A
光電面
光電管
B
直流電源
583. X線のスペクトル図は,陽極にモリブデン金属
を用いて, 加速電圧を 50kV にした場合のX線のスペク
トルである。 特定の波長で強度が大きいX線(特性X線)
と、なめらかな曲線で示されるX線(連続X線) の2種類
があることがわかる。 電気素量をe = 1.6×10-19C, 真
空中の光速をc=3.0×10°m/s, プランク定数を
ん=6.6×10-34J's とする｡
(1) 最も波長の短いX線は,電子の運動エネルギー
ネルギーに変わることで発生する。 このX線の
(2) 波長の長い連続X線は、電子の運動エネル
に変わって発生する。 波長 入 = 5.0×10-11m
ルギーは何Jか。
X線の強さ
Io
電流計
特性X線
連続 X 線
電圧計

(参考)
C
圧力を表している。 光の圧力は,単位面積
で決まり, 光の波長には関係しない。
582. 光電効果
解答 (1) 解説を参照 (2) hv-eV (3) 解説を参照
指針 電子を放出させるために必要な最小のエネルギーは、 仕事関数
Wであり, 光電子の最大運動エネルギー K., 光子のエネルギーEとの
間に,Kv=E-W の関係が成り立つ。 あてる光の強さを2倍にすると,
光子の数が2倍となるが, 振動数は変わらず、 光子1個あたりのエネル
ギーは変わらない。すなわち, 最大運動エネルギー KM も変わらない。
解説 (1) 光電効果の実験回路は,電極B (陰極)に対する電極A (陽
図 1
極)の電位を調整できるような配置にする。 また, 電流計は, 光
電子による電流、電圧計は,電極Bに対する電極Aの電位が測
定可能な配置にする必要があり, 図1のようになる。
(2) 光電流が0となるときの, 電極B (陰極)に対する電極A(陽
極)の電位は,問題のグラフから -V である。 このとき,光電
子はBからAに達するまでに eV のエネルギーを失い, 放出さ
れた直後の運動エネルギーの最大値 KM は ,
KM=eVo
求めるエネルギー (陰極金属の仕事関数) をWとすると, 光子のエネ
ルギーE=hvとWの差が, 光電子の運動エネルギーの最大値 KM に
KM=E-W W=E-Km=hv-eVo
なる。
(3) 光の振動数が同じなので, 光電子の運動エネルギーの最大 図 2
値は,(2) と同じ値Km = eV のままである。 すなわち, 光電流
Iが0となるときの,電極B(陰極)に対する電極A (陽極)の電
位の値も-Vで変わらない。 光の強さを2倍にすると,光子の
数が2倍となるので,電極B(陰極) から出る光電子の数も2倍
となる。光電流の最大値は2I。 となり,電位差Vと光電流 I の
関係は,図2のようになる。
- Vo
Check!! 光電効果の実験回路
一般に,光電管に流れる電流は10-A 程度, 光電管に加える電圧は
数V程度である。このことから, 光電管の抵抗値は,電流計の
抵抗に比べて十分に大きいと考えてよく, 光電効果の実験回路
いて,電流計,電圧計は, 本間 (1) の図1のように配置する。
3. X線のスペクトル
解答 (1) 2.5×10-1m (2) 4.0×10-15J (3) 2.0×10'V
針 加速電圧を Vとすると, 加速された電子の運動エネ
となり, X線光子のエネルギーは,E=hv=hc/d と表さ
2つの式を用いて、電子, X線光子のエネル
胃に応じな
●光電効果では、光子1
個のエネルギーのうち
一部が電子を飛び出させ
る仕事に使われ,
残りが
電子の運動エネルギーと
なる。
A
2I
Io
B