暗記だけじゃ解けない！光電効果の式を詳しく見てみよう(^^)

高校物理と公式の暗記について

物理は暗記科目ではない！のですが、実際の受験では暗記をしておかないと、試験時間内では解けないこともあります。ですから公式を暗記するのは必要なことだとぼくは考えます。

でも単に暗記しても仕方がない、物理現象を理解した上での暗記が大切です。そこでこのコーナーでは公式について、どのような意味があるのか？を、紹介していきたいと思います。

光電効果の公式

今回紹介するのは、次の光電効果の公式についてです。

光電効果とは、金属板の表面に紫外線などの波長の短い電磁波をあてると、金属板から電子が飛び出してくる現象のことをさします。左辺の「hν」は、アインシュタインが考えた光の持つエネルギーの式です。アインシュタインは電磁波（光）は粒子のような性質を持っていて、そのエネルギーは振動数νに比例するという仮設をたてました。この光の粒子を光子といいます。

ここでのポイントは、光子は波のように振幅A（明るさ）に比例したエネルギーを持っているのではないということです。光子はその電磁波の振動数νに比例したエネルギーを持ちます。光の明るさではなく、色によって異なるのですね。

右辺の1/2mv_max²は飛び出した電子の持つ運動エネルギーです。つまりこの式は、光子を金属板にあてると、電子が飛び出してくるということを表しています。このとき光子１個と電子１個が１対１でエネルギーのやりとりをします。

※　ちなみに光の明るさは光子の数をNとすると、Nｈνと表されます。

　しかしいつでも電子が飛び出してくるというわけではありません。右辺にWという文字がついていますが、これは仕事関数という物理量で、光電効果はこの仕事関数よりも大きなエネルギーの光子を当てなければ起こりません。

たとえば光子のエネルギーｈνが１００で、仕事関数Wが６０だったとき、光電効果が起こり、電子は最大４０の運動エネルギーをもって飛び出してきます。

１００＝６０＋４０

　これはイラストで表すと次のような状態です。

１００＝６０＋４０

　また、もし40のエネルギーを持つ光子を同じ金属板にあてた場合、電子は金属の中から出ることができず、光電効果は起こりません。

４０＜６０＋０

ですから光電効果が起こるためには、最低６０のエネルギーを持つ光子をぶつけなければいけないということを示しています。

この仕事関数は金属によって異なります。もう一度公式を眺めてみましょう。

光子のエネルギー＝仕事関数＋飛び出す電子の運動エネルギー（最大のもの）

　よく飛び出してきた電子の運動エネルギーの最大値は、阻止電圧V₀を使ってW=eV₀というように使う場合がありあすので、こちらも合わせて覚えておきましょう。

光電効果には代表的な２つのグラフも登場しますので、教科書をめくってグラフが何を示すのか？についてもう一度確認もしておきましょうね(^^)

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