愛因斯坦光電效應模擬
探索光的量子本質，理解愛因斯坦如何用光子理論解釋光電效應
🎯 實驗目標
探索愛因斯坦光電效應的量子本質，觀察光的頻率與強度如何影響光電子的發射。理解光子能量公式 E = hf 和功函數的物理意義。
📝 實驗步驟
選擇金屬
不同金屬有不同功函數(Φ)
調整光頻率
改變光的顏色和能量
調整光強度
觀察對電流的影響
改變電壓
尋找截止電壓(Vs)
光電效應真空管模擬
💡 觀察重點：藍色粒子是光子，淺藍色粒子是光電子。注意閾值頻率 f₀ 的位置！
功函數 Φ = 逸出電子所需的最小能量
影響光電子數量（電流大小），不影響能量
決定光子能量 E = hf（h = 4.136×10⁻¹⁵ eV·s）
負電壓阻止電子，正電壓加速電子
👀 觀察重點
閾值頻率 f₀
當頻率低於 f₀ 時，無論光強度多大都不會產生光電子
光強度與電流
提高光強度（頻率 > f₀）會增加光電子數量，從而增大電流
截止電壓 Vs
施加負電壓直到電流為零，此電壓稱為截止電壓
💡 概念理解
⚛️ 光子理論
愛因斯坦提出光是由光子組成的粒子流，每個光子的能量為 E = hf。這解釋了為何低頻光無論多強都無法產生光電效應。
🔑 功函數 Φ
功函數是將電子從金屬表面逸出所需的最小能量。不同金屬有不同的功函數，這是由原子結構決定的。
⚡ 愛因斯坦方程
最大動能公式：Kmax = hf - Φ。光子能量超過功函數的部分，轉化為電子的動能。
🚫 經典理論的失敗
經典波動理論無法解釋瞬時性和閾值頻率的存在，這證明了光具有量子性質。
📚 DSE 考試重點
愛因斯坦光電方程（SI 單位）：Kmax = hf - Φ，其中 h = 6.63×10⁻³⁴ J·s（普朗克常數），f 是頻率(Hz)，能量單位是焦耳(J)。DSE 中也常用電子伏特(eV)：1 eV = 1.6×10⁻¹⁹ J，此時 h = 4.14×10⁻¹⁵ eV·s。
💡 模擬中使用 THz（10¹² Hz）和 eV 是為了方便顯示，但計算時要注意單位轉換
閾值頻率 f₀：當光的頻率低於 f₀ = Φ/h 時，無論光強度多大都不會產生光電效應。這是經典波動理論無法解釋的現象，證明了光的量子性質。
💡 不同金屬有不同的閾值頻率
光強度與電流的關係：當 f > f₀ 時，增加光強度會增加光電子數量（電流），但不會改變光電子的最大動能。這證明光強度決定光子數量，頻率決定光子能量。
💡 經典理論預測電流與強度和頻率都有關，但實驗不符
截止電壓 Vs：施加反向電壓可以阻止光電子到達陽極。當電流剛好為零時的電壓稱為截止電壓，滿足 eVs = Kmax = hf - Φ。
💡 Vs 與光強度無關，只與頻率有關