【電験三種：理論】令和２年度　問１２

（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。
外部光電効果は、金属に光が照射されることで光電子が飛び出す現象です。
したがって、電荷は電子であるため、負電荷しかありませんので、この選択肢は間違いです。

（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。
光エネルギーの大きさは、仕事関数$φ$、電気素量$e$、プランク定数$h$、光の振動数$ν$、光の速度$c$、光の波長$λ$、としたとき、次式で表されます。
$\displaystyle eφ=hν$　⇔　$\displaystyle φ=\frac{hν}{e}$　

※仕事関数$φ$は、１個の電子を金属の表面から外部へ取り出すために必要な最小エネルギーのことです。

この式から、外部光電効果の発生は、照射される光の振動数（波長）によりますが、光の強さは影響しないことがわかります。
紫外光は振動数が高い（波長が短い）ため、光のエネルギーが高くなるので、外部光電効果が発生します。
照射される紫外線の強度を弱くしても、外部光電効果は発生するため、この選択肢は間違いです。

（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。
問題文の赤外光、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。という条件から、熱電子が吸収されていないことがわかります。

（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。
半導体や、絶縁体に光を照射したときに発生する内部光電効果は、可視光を照射したときに光電子が生じるため電気伝導率が上昇（電気抵抗が低下）します。
本問は、金属に光を照射する外部光電効果の問題であるため、可視光を照射しても光電子は生じないので、電気抵抗は変わらないので、この選択肢は間違いです。

（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。
問題文にあるとおり、紫外光を照射したときに箔が閉じたことから、電極の電荷が放出されてなくなったことがわかります。
この電極の電荷放出は、外部光電効果によって光電子が放出されることで電荷が失われます。
外部光電効果は、一定の振動数以上の光が照射されることで発生します。
紫外線は、振動数が大きな光であるため、外部光電効果が起こりやすいです。
逆に、可視光や、赤外線は振動数が低い光であるため、外部光電効果は起こりづらいです。

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