그림 (가)는 금속판 X에 단색광을 비추어 방출된 광전자에 의한 전류를… | [변리사 1차] 17년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[변리사 1차] 17년 1회차

그림 (가)는 금속판 X에 단색광을 비추어 방출된 광전자에 의한 전류를 가변전원의 전압에 따라 측정하는 장치이다. 그림 (나)는 (가)의 장치를 이용하여 색깔이 다른 두 빛 a, b의 광전효과로 발생되는 전류를 가변전원의 전압에 따라 각각 나타낸 것이다. 빛 a 진동수가 금속판 X의 문턱진동수의 2배일 때, 빛 b 진동수는 빛 a 진동수의 몇 배인가? (단, X에 비추어진 빛은 모두 광전자를 발생시킨다.)

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해설

정지전압이 각각  $V_0$ ,  $2V_0$ 인 점에서 두 빛의 광자에너지를 비교하면 b의 진동수는 a의  $\dfrac{3}{2}$ 배이다.
그래프 (나)에서 전류가 0이 되는 전압이 a는  $-V_0$ , b는  $-2V_0$  이므로, 광전자의 최대운동에너지는 각각  $eV_0$ ,  $2eV_0$  이다.
광전효과 식  $eV_s=hf-hf_0$  에  $f_a=2f_0$  를 넣으면  $eV_0=2hf_0-hf_0=hf_0$  이다.
b에 대해  $2eV_0=hf_b-hf_0$  이므로  $hf_b=2hf_0+hf_0=3hf_0$ , 곧  $f_b=3f_0$  이고  $\dfrac{f_b}{f_a}=\dfrac{3f_0}{2f_0}=\dfrac{3}{2}$  이다. 정지전압은 빛의 세기가 아니라 진동수에만 의존한다는 점이 이 문제의 핵심이다.

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