次のような実験を真空の中で行った。
まず、箔検電器の上部アルミニウム電極に電荷 \(Q\) [C] を与えたところ、箔が開いた状態になった。次に、箔検電器の上部電極に赤外光、可視光,紫外光の順に光を照射したところ、紫外光を照射したときに箔が閉じた。ただし、赤外光,可視光、紫外光の強度はいずれも上部電極の温度をほとんど上昇させない程度であった。
この実験から分かることとして、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
図はタップで拡大できます。
回答を選ぶ
選択肢を押すと、すぐに結果が表示されます。
-
(1)
電荷Qは正電荷であった可能性も負電荷であった可能性もある。
-
(2)
紫外光が特定の強度よりも弱いとき箔はまったく閉じなくなる。
-
(3)
赤外光を照射したとき上部電極に熱電子が吸収された。
-
(4)
可視光を照射したとき上部電極の電気抵抗が大幅に低下した。
-
(5)
紫外光を照射したとき上部電極から光電子が放出された。
要点
正解は(5)。箔が閉じたのは、紫外光で上部電極から光電子が放出され、負電荷が減って中和されたためです。もし正に帯電していれば電子放出で箔はさらに開くため、負に帯電していたと判断します。
詳細解説
これは光電効果に関する実験である。
金属に特定の振動数（限界振動数）以上の光（ここでは紫外光）を照射すると、金属表面から電子（光電子）が飛び出す。
箔が閉じたということは、帯電していた電荷 \(Q\) が失われた（放電した）ことを意味する。
光電効果によって放出されるのは「電子（負電荷）」である。
もし電極が正に帯電していた場合、電子が放出されるとさらに正電荷が増え、箔はさらに開くはずである。
箔が閉じたということは、電極は「負」に帯電しており、放出された電子によって負電荷が減少し、中和されたと考えられる。
したがって、(1)は誤りである。
正しい記述は現象そのものを説明している(5)「紫外光を照射したとき上部電極から光電子が放出された」である。
