電験三種 令和2年度(2020) 理論 問12 過去問解説

問12 《電子物性(光電効果と箔検電器)》
次のような実験を真空の中で行った。 まず,箔検電器の上部アルミニウム電極に電荷 $Q$[C]を与えたところ,箔が開いた状態になった。次に,箔検電器の上部電極に赤外光,可視光,紫外光の順に光を照射したところ,紫外光を照射したときに箔が閉じた。ただし,赤外光,可視光,紫外光の強度はいずれも上部電極の温度をほとんど上昇させない程度であった。 この実験から分かることとして,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
問12の図
  1. (1) 電荷 $Q$ は正電荷であった可能性も負電荷であった可能性もある。
  2. (2) 紫外光が特定の強度よりも弱いとき箔はまったく閉じなくなる。
  3. (3) 赤外光を照射したとき上部電極に熱電子が吸収された。
  4. (4) 可視光を照射したとき上部電極の電気抵抗が大幅に低下した。
  5. (5) 紫外光を照射したとき上部電極から光電子が放出された。
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正解は(5)
解説
【考え方】紫外光を当てたときだけ箔が閉じたのは、光電効果で電極から電子が飛び出し、電荷が減ったためです。 光電効果:光(とくに波長の短い光)が金属に当たると、金属から電子が飛び出す現象です。 ■1 (1) 電荷の種類 電子が出ていくと、マイナスの電荷は減ります。 プラスの電荷なら、電子が出ても電荷はかえって増えるので、箔は閉じません。 だから Q はマイナスです。誤りです。 ■2 (2) 光の強さ 光電子が出るかどうかは、光の強さではなく、光の種類(波長)で決まります。 弱い紫外光でも電子は出ます。誤りです。 ■3 (3) 熱電子 熱電子は、金属を高温にしたときに出る電子です。温度はほとんど上がっていないので、誤りです。 ■4 (4) 可視光 可視光では箔は変わっていません。抵抗が下がったとは言えないので、誤りです。 ■5 (5) 紫外光 紫外光で光電子(光で飛び出した電子)が出て、電荷が減って箔が閉じました。正しいです。 答えは(5)ピヨ。
出典:令和2年度(2020) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)理論 問12