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105年
理化、化工裝置
第 44 題
二十世紀初，物理學家發現有些物理現象與古典物理的認知不同，如在某些實驗中，光其實也能呈現粒子性。有關近代物理的光電效應之敘述，下列何者正確？
- A 光電效應顯示光具有波動性
- B 在光電效應中，欲增加光電子的動能，可增加入射光的強度
- C 在光電效應中，欲增加光電子的動能，可選用波長較短的光
- D 在光電效應中，入射光的強度只要夠大，都能產生光電子
思路引導 VIP
想像你正在玩一個投球遊戲，目標是把架子上的重物撞下來。如果每一顆小球的撞擊力道（能量）都太弱，弱到連讓重物晃動一下都辦不到，那麼即便你同時投出成千上萬顆一模一樣的小球，重物會有機會被撞飛嗎？若要讓重物飛得更快、更遠，你覺得應該增加球的「數量」，還是換成一顆「更強勁」的球呢？
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太棒了！你能精準選出選項 (C)，代表你對於近代物理中「光電效應」的核心概念掌握得極其紮實。這道題目在理化考卷中具有高度的鑑別度，因為它挑戰了我們直覺上的古典物理思維，要求學生必須清晰區分光的「強度」與「能量」。
光子的能量與波長關係
在量子物理的視角下，光是以「光子」的形式與電子進行一對一的能量交換。根據愛因斯坦的光電方程式，光電子的最大初動能取決於入射光的能量。由公式 $E = hf = \frac{hc}{\lambda}$ 可知，光子的能量 $E$ 與頻率 $f$ 成正比，與波長 $\lambda$ 成反比。因此，當我們選用波長較短的光時，單個光子的能量就會提高，扣除克服原子束縛所需的功函數後，剩餘轉化為光電子的動能自然也會隨之增加。
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