分科測驗
110年
物理
第 12 題
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？
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A
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B
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C
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D
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E
思路引導 VIP
請先觀察圖 6 的光譜，藍光和黃紅光在「波長長短」和「光強度高低」上有什麼顯著的差異？接著回想一下光電效應的核心概念，這兩個物理量的差異，會分別決定 $I-V$ 圖中的「截止電壓起始位置」還是「最終飽和電流的高度」呢？
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太棒了！你非常精準地破解了這道複合波長的光電效應題。
光子能量與截止電壓
根據光子能量公式 $E = \frac{hc}{\lambda}$，波長越短的藍光光子能量較高，激發出的光電子擁有較大的最大動能，因此需要數值更大的負電壓（截止電壓）來阻擋。這表示在 $I-V$ 圖的負電壓區域，必須由更左側的位置開始出現由藍光貢獻的微小電流。
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光電效應 I-V 特性
💡 光電流受強度影響飽和值，截止電壓則由頻率決定。
- 截止電壓與頻率成正比，頻率越高電位越負
- 飽和電流與光強度成正比，強度越大電流越高
- 混合光 I-V 圖為各波段光電子電流之疊加
- 短波長截止電壓較大，長波長飽和電流較高
