📋 問題の状況を整理しよう

直感的理解

金属に光（特に紫外線）を当てると、金属表面から電子が飛び出す現象。光の振動数がある値（限界振動数 \(\nu_0\)）以上でないと、いくら強い光でも電子は飛び出しません。これは光が「波」だけでは説明できず、「粒（光子）が個別に1個の電子を叩き出す」と考えると自然に理解できます（アインシュタインの光量子仮説）。

応用問題では「光のパワー・電子数・限界振動数・仕事関数」など複数の量を扱います。

✏️ 求めるもの

飛び出す電子の最大運動エネルギー、阻止電圧、限界振動数、仕事関数、または1秒あたりの飛び出す電子数。

🔬 シミュレーションで体感

👀 観察のポイント

振動数が \(\nu_0\) 以下なら、いくら明るくしても電子は出ない
振動数が \(\nu_0\) を超えると、超えた分が運動エネルギーになる
光の強度を増やすのは「光子数を増やす」こと → 飛び出す電子の数が増える（運動エネルギーは変わらない）

💡 考え方のヒント

🔧 使う道具

光電効果の式（アインシュタイン）：\(\dfrac{1}{2}mv^2 = h\nu - W\)
仕事関数：\(W = h\nu_0\)
限界振動数：\(\nu_0 = W/h\)
阻止電圧：\(eV_0 = \dfrac{1}{2}mv^2_{\max}\)
1秒あたり光子数：\(n = P/(h\nu)\)

振動数 ν と限界振動数 ν₀ を比較：\(\nu \leq \nu_0\) なら電子なし
光電効果の式：\(\dfrac{1}{2}mv^2 = h(\nu - \nu_0)\)
阻止電圧：運動エネルギーを使い切る電圧 → \(eV_0 = h(\nu - \nu_0)\)
電子数の問題：1秒の光子数 \(P/(h\nu)\) を求めて、それぞれが電子に当たると考える

注意

光の強度（明るさ）と振動数は別物。強度＝光子の数、振動数＝光子1個のエネルギー。光電効果では「振動数が閾値を超えるか」が条件で、強度はその後の電流値（電子の個数）にだけ影響する。

💡 ヒント：光電効果

📋 問題の状況を整理しよう

🔬 シミュレーションで体感

💡 考え方のヒント