（１）問題
①次の文章中の（ア）～（ウ）に入れる語および式を答えよ。
光電効果は、金属などに光を当てると瞬時に電子がその表面から飛び出してくる現象であり、光の（ア）性によって証明される。金属に振動数νの光を当てたとき、金属内の電子が1個の光子を吸収すると、電子はE=（イ）のエネルギーを得る。金属の仕事関数がWであるとき、金属から飛び出した直後の電子の運動エネルギーの最大値は（ウ）である。ただし、プランク定数をhとする。
②図1のような装置で光電効果を調べる。電極bは接地されており、直流電源の電圧を変えることにより電極aの電位Vを変えることができる。単色光を光電管に当て、Vと光電流Iの関係を調べたところ、図2のグラフが得られた。このとき、光電効果によって電極bから飛び出した直後の電子の速さを表せ。
図1
図2
③図1の装置の光源を単色光を発する別の光源に交換し、VとIの関係を調べたところ、図3の破線の結果が得られた。図3の実線は交換前のVとIの関係を示している。交換後の光の振動数は、交換前と比べて大きいか、小さいか、それとも等しいか。また、交換後の単位時間あたりに電極bに入射する光子の数は、交換前と比べて多いか、少ないか、それとも等しいか。
図3
（2016年センター試験本試物理第6問）
（２）答案
①ア：粒子、イ：hν、ウ：hν－W
②
③阻止電圧V0が変化していないので、電子が飛び出す瞬間の運動エネルギーの最大値も変化していないということである。また、仕事関数Wは金属に固有のものであるので、今回は変化しない。よって、交換後の光の振動数は、交換前と等しい。
光電効果において、飛び出す電子の数は、入射する光子の数に等しくなる。光電流I0が小さくなっているということは、飛び出した電子の数が少なくなっているということなので、交換後の単位時間あたりに電極bに入射する光子の数は、交換前より少ない。
（３）解法のポイント
①③干渉や回析は光の波動性を示す性質ですが、光電効果によって、光の粒子性が証明されました。
光子（光の粒子）1つがもつエネルギーはhνで表され、振動数νを大きくすることによって、光のエネルギーを大きくすることができます。しかし、光のエネルギーを大きくしても飛び出してくる電子（光電子）の数は変わりません。これは、1つの光子に対して、1つの光電子が飛び出すので、光電子の数は、光子の数によって決まるからです。
また、ある一定以上のエネルギーをもった光子でないと、光電効果を起こしません。この光電効果を起こすために必要な最低限のエネルギーのことを仕事関数といい、金属に固有の値を示します。つまり、仕事関数以上のエネルギーをもった光子を金属に当てると、光電子が飛び出し、光子がもっていた仕事関数以上のエネルギーは、光電子の運動エネルギーとなります。
②V0のことを阻止電圧といいます。
（４）必要な知識
①光子のエネルギー
②光電効果
※限界振動数：金属に当てる光の振動数が、ある振動数よりも小さいと光の強さに関わらず光電効果は起こらない。このときの振動数のことを限界振動数という。金属の種類によって特有の値をとる。