광전 효과
금속에 빛을 비추면 전자가 튀어나오기도 해요. 이 현상을 광전 효과라고 하고, 튀어나온 전자를 광전자라고 해요. 그런데 아무리 센 빨간빛을 비춰도 전자가 나오지 않는 금속이 있어요. 빛의 진동수와 세기를 바꿔 가며 그 까닭을 찾고, 빛이 에너지 덩어리(광자)처럼 행동한다는 증거를 확인해 보세요.
2022 개정 교육과정물리학 빛과 물질 · 광전 효과와 빛의 입자성, 빛과 물질의 이중성과 영상 정보 저장전자기와 양자 빛과 정보 통신 · 광전 효과에서 빛과 물질의 상호 작용, 광전류와 정지 전압, 광센서와 태양 전지물리학 실험 현대 물리 · 광전 효과 실험으로 빛의 세기와 광전류의 관계 확인고급 물리학 현대물리 · 빛의 이중성 (흑체 복사, 광전 효과, 콤프턴 효과)
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이하은T 과학 실험실
빛의 파장
빛의 세기
금속
빛의 색
전압
색 필터
빛의 세기
음극 금속
음극 금속
비추는 빛
빠르기
빛의 진동수와 광전자
진동수가 문턱 진동수(점선)보다 커야 광전자가 나와요 · 막대는 지금 비추는 빛
광자 1개의 에너지전자를 떼어 내는 데 필요한 에너지
빛의 세기와 광전자의 수
문턱 진동수보다 큰 빛이면 세기가 셀수록 광전자가 많이 나와요
1초에 나오는 광전자 수 (상대값)
빛을 파동으로만 생각하면? (예상과 실제 결과 비교)
전압에 따른 광전류
(+) 전압은 광전자를 양극 쪽으로 끌어당기고, (−) 전압은 되밀어요 · 광전류가 0이 되는 전압의 크기가 정지 전압이에요
빛의 진동수와 정지 전압
직선의 기울기는 금속과 관계없이 같고(h ÷ e), 가로축과 만나는 점이 그 금속의 문턱 진동수예요
측정 기록
광전 효과
빛을 받으면 전자가 튀어나와요
- 금속 표면에 빛을 비출 때 전자가 튀어나오는 현상
- 튀어나온 전자를 광전자라고 해요
문턱 진동수
진동수가 문제예요
- 금속마다 정해진 문턱 진동수보다 진동수가 작은 빛은 아무리 세도 광전자가 나오지 않아요
- 문턱 진동수보다 크면 약한 빛이라도 비추는 즉시 광전자가 나와요
광자
빛은 에너지 덩어리
- 광자 1개의 에너지 E = hf (h: 플랑크 상수)
- 광자 1개가 전자 1개에 에너지를 주어요
- 빛의 세기는 광자의 수, 그래서 세기가 셀수록 광전자가 많아요
빛의 이중성
파동이면서 입자
- 간섭과 회절은 빛의 파동성, 광전 효과는 빛의 입자성을 보여 줘요
- 빛은 상황에 따라 두 성질을 모두 나타내요
활용
빛을 전기 신호로
- 디지털카메라의 영상 센서(전하 결합 소자 등), 광 다이오드, 태양 전지, 자동문과 조도 센서
- 빛의 세기를 광전자 수(전류)로 바꾸어 영상 정보로 저장해요
생각해 보기
- ① 탭에서 나트륨 판에 빨간빛을 가장 세게 비춰 보세요. 광전자가 나오나요? 같은 판에 약한 보랏빛을 비추면 어떤가요?
- 빛을 파동으로만 생각하면 센 빛을 오래 비출 때 전자가 결국 튀어나와야 해요. 실제 결과가 이와 다른 점은 무엇인가요?
- 문턱 진동수보다 큰 빛의 세기를 2배로 하면 광전자의 수와 광전자 하나의 최대 운동 에너지는 각각 어떻게 될까요?
- ② 탭에서 빛의 세기만 바꾸었을 때와 색 필터만 바꾸었을 때 그래프가 어떻게 달라지는지 비교해 보세요.
- ③ 탭에서 세 금속의 직선 기울기가 같은 까닭은 무엇일까요? 기울기로 플랑크 상수를 구해 보세요.