光電效應互動模擬器

1. 光電效應實驗簡介

光電效應是指當光（特定來說，是足夠高頻率的光）照射到金屬表面時，會導致電子從金屬中被激發出來的現象。這些被激發出來的電子被稱為「光電子」。實驗觀察到幾個與古典物理預期不符的關鍵現象：

• 底限頻率 (Threshold Frequency)：對於每種金屬，都存在一個特定的最低頻率。只有當入射光的頻率高於此頻率時，才會產生光電效應。
• 立即性：電子的發射幾乎是瞬時的，沒有可測量的時間延遲，即使在光線非常微弱的情況下也是如此。
• 動能與頻率的關係：光電子的最大動能僅與入射光的頻率有關，頻率越高，動能越大。與光的強度無關。
• 光電流與強度的關係：只要頻率高於底限頻率，光電流的大小（即每秒發射的電子數）與入射光的強度成正比。

2. 愛因斯坦的光子論 vs. 古典物理

古典電磁學（波動理論）無法解釋光電效應。為此，愛因斯坦在1905年提出了革命性的光子假說，完美地解釋了所有實驗現象。

愛因斯坦的光電方程式總結了能量關係：光子能量扣除克服金屬束縛所需的功函數後，剩餘的能量成為電子的最大動能。

3. 模擬中的計算原理

本模擬器基於愛因斯坦的光電方程式進行即時計算：

1. 輸入參數：
   • 頻率 (f)：由滑桿控制波長 (λ)，再透過公式 $f = c / \lambda$ 轉換。
   • 功函數 (W)：由選擇的金屬材質決定，是該金屬的固有屬性。
   • 強度 (Intensity)：決定每秒入射的光子數量，進而影響光電流大小。
2. 核心計算：
   • 計算每個光子的能量：$E_{photon} = hf$。
   • 比較光子能量與功函數：檢查是否 $E_{photon} > W$。
3. 輸出結果：
   • 若 $E_{photon} > W$，則發生光電效應，最大動能為 $KE_{max} = E_{photon} - W$，光電流與強度成正比。
   • 否則，動能與光電流均為 0。