01 그림 (가)는 태양 전지에 연결된 전구가 켜져 있는 것을, 그림 (나)는 식물의 엽록체에서 일어나는 광합성 과정을 나타낸 것이다.

Ⅲ. 정보와 통신 / 1. 소리와 빛

26. 광전 효과와 광센서

소단원 문제

괄호 안에 알맞은 말을 <보기>에서 찾아 쓰시오.

	<보 기>
ㄱ. 빛 ㄴ. 전자 ㄷ. 전기 ㄹ. 전류 ㅁ. 입자 ㅂ. 파동

(1) (가)에서는 태양 빛의 세기에 따라 (      )의 세      기가 달라진다.

(2) (가)와 (나)에서는 모두 빛에 의해 (     )가 방      출된다.

(3) (가)와 (나)에서는 빛의 성질 중 (      )성을 보      여준다.

02 그림은 금속판에 단색광 A를 비추었을 때 전구가 켜지는 것을 관찰한 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것은 ○, 옳지 않은 것은 ×로 표시하시오.

⑴ 이 실험은 빛의 파동적 성질을 보여준다. (     )

⑵ A의 진동수는 금속판의 문턱 진동수보다 크다.

(     )

⑶ A의 세기를 증가시켜도 전구의 밝기는 일정하다.

(     )

03 그림은 한계 진동수가 [eqn: f_0]인 금속판에 빛을 비추는 것을, 표는 단색광 A~C의 진동수와 세기를 나타낸 것이다.

단색광	진동수	세기
A	[eqn: f_0]	[eqn: I_0]
B	[eqn: 2f_0]	[eqn: {I_0}over{2}]
C	[eqn: 3f_0]	[eqn: {I_o}over{3}]

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 빛의 진동수를 높이면 세기가 감소한다. ㄴ. 방출된 광전자의 최대 운동 에너지는 B가 제일 크다. ㄷ. C의 세기를 [eqn: I _{0}]로 하면 방출되는 광전자의 수가 증가 한다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄴ, ㄷ

04 그림 (가)는 대전된 검전기 A를, 그림 (나)는 검전기 A에 단색광 P를 비추는 순간 금속박이 오므라드는 것을, 그림 (다)는 검전기 A에 단색광 P를 좀 더 비추었더니 금속박이 다시 벌어지는 것을 나타낸 것이다.

(가)          (나)           (다)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. (가)에서 금속박은 (-)전하를 띤다. ㄴ. (나)에서는 광전 효과에 의해 전자가 방출된다. ㄷ. (다)에서 금속박은 (+)전하로 대전된다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

05 다음은 광마우스의 작동 원리에 대한 설명이다.

광마우스의 아랫

면 광원에서 나

온 빛이 바닥에

서 반사한 후 광

센서로 들어가면 광센서에서

(가)

(이)가 일어나 빛 신호를 전기 신호로 전환한다.

(가)

(은)는 물질에 특정

(나)

이상의 빛을 비추면 물질에서 전자가 방출되는 현상이다.

(가), (나)에 해당되는 것을 옳게 나타낸 것은?

	(가)	(나)		(가)	(나)
①	광전 효과	양성자	②	광전 효과	전자
③	유전 분극 현상	중성자	④	유전 분극 현상	전자
⑤	초전도 현상	중성자

06 그림 (가)는 광전관과 전류계를 전원 장치에 연결하여 입사광선의 진동수를 서서히 증가시키며 광전관 내부의 금속판에 빛을 비추었더니, 빛의 진동수가 [eqn: f _{0}]일 때 전류계에 전류가 흐르기 시작한 모습이다.

그림 (나)는 이 때 전자의 최대 운동 에너지를 비춰 준 빛의 진동수에 따라 나타낸 그래프이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 그림 (나)의 A에 해당하는 것은 [eqn: f _{0}]이다. ㄴ. 전류계에 전류가 흐르는 동안 광전관에서는 광전 효과가 나타난다. ㄷ. 빛의 진동수를 2배로 하면 방출되는 광전자의 최대 운동 에너지도 2배가 된다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄴ, ㄷ

07 그림은 광다이오드와 발광 다이오드의 실제 모습이다.

각각의 에너지 에너지 전환 과정을 설명하시오.

⑴ 광다이오드:

⑵ 발광 다이오드:

08 그림은 파장이 다른 두 빛 A, B를 서로 다른 종류의 금속판 C, D, E에 비추는 모습이고, 표는 실험의 결과를 정리한 것이다.

빛 금속판	빛 A	빛 B
금속판 C	벌어진다.	벌어진다.
금속판 D	벌어진다.	변화없다.
금속판 E	변화없다.	변화없다.

⑴ A와 B의 파장을 비교하시오.

⑵ D와 E의 일함수를 비교하시오.

⑶ A와 B 각각의 빛을 비출 때 C에서 방출하는 광전자의

최대 운동 에너지를 비교하시오.

정답과 해설

01  ⑴ 전류  ⑵ 전자  ⑶ 입자   02  ⑴ ×  ⑵ O  ⑶ ×

03 ②   04 ⑤   05 ②   06 ③   07 ⑴ 광다이오드 : 빛 에너지 → 전기 에너지 ⑵ 발광 다이오드 : 전기 에너지 → 빛에너지

08 ⑴ [eqn: lambda _{A} < lambda _{B}] ⑵ [eqn: W _{D} <W _{E}] ⑶ A를 비출 때 광전자의 최대 운

동 에너지가 더 크다.

01

(가)는 태양 전지이고 (나)는 광합성이다.

(1) (가)에서 태양 빛에 의해 전자와 양공이 움직이고 있음을 알 수 있다. 빛의 세기가 셀수록 광전자의 방출량은 많아지므로 전류의 세기는 증가하고, 전구의 밝기도 밝아진다.

(2) 태양 전지와 광합성에서 모두 빛에 의해 전자가 방출되는 광전 효과가 나타난다.

(3) 광전 효과는 빛의 입자로서의 성질을 보여 주는 실험이다.

02

(1) 광전 효과는 빛의 입자성의 증거이다.

(2) 금속판의 문턱 진동수보다 단색광의 진동수가 클 때 금속판에서 광전자가 방출된다.

(3) 단색광의 빛의 세기가 셀수록 광전자의 방출량이 많아져 회로에 흐르는 전류의 세기는 커진다. 따라서 전구의 밝기는 밝아진다.

03

ㄷ. 동일한 진동수의 빛에 의해 방출되는 광전자의 수, 즉 광전류는 빛의 세기가 강할수록 커진다. 따라서 C의 세기를 [eqn: {I_o}over{3}]에서 [eqn: I_0]로 하면 방출되는 광전자의 수가 증가한다.

오답 체크

ㄱ. 표의 데이터를 보면 진동수와 세기가 서로 반비례하는 것처럼 보이지만, 진동수와 세기는 아무런 상관 관계가 없고, 실험자가 임의로 조정할 수 있다.

ㄴ. 방출된 광전자의 최대 운동에너지는 진동수가 제일 큰 빛 C가 제일 크다.

04

ㄱ. 처음에 음(-)전하로 대전되어 있었다.

ㄴ. (나)에서 단색광을 A에 비추는 순간 금속박이 오므라들었으므로 검전기의 금속판에서 광전자가 방출되었다.

ㄷ. 광전자가 계속 방출되면 검전기는 양(+)전하로 대전되어 금속박 사이의 전기력은 증가하므로 금속박은 다시 벌어진다. 따라서 (다)에서 금속박은 양(+)전하로 대전되어 있다.

05

광마우스의 광센서에 특정 진동수 이상의 빛이 들어오면 전자를 방출하는 광전 효과가 일어나고, 이때 방출되는 전자에 의해 빛신호가 전기 신호로 전환된다.

06

ㄱ. 금속판에 [eqn: f_0]인 빛을 비추었을 때 전자가 방출되었으므로 문턱 진동수는 [eqn: f_0]이고, 그래프의 A에 들어갈 말도 [eqn: f_0]이다.

ㄴ. 금속판에 빛을 비추었더니 금속판에서 전자가 튀어나와 전류계에 전류가 흐른 것이다.

ㄷ. 전자의 최대 운동 에너지([eqn: K_max])는 비춰 준 빛에너지([eqn: hf])에서 일함수[eqn: (W)]를 뺀 값이다.

오답 체크

[eqn: K_max =hf-W]  비춰 준 빛의 진동수를 두 배로 하면 빛 에너지는 두 배가 되지만 최대 운동 에너지가 두 배가 되지는 않는다.

07

정답 키워드

광전 효과, 전기 에너지

모범답안_ ⑴ 광다이오드: 빛에너지 → 전기 에너지

⑵ 발광 다이오드: 전기 에너지 → 빛에너지.

해설_ 광다이오드에서는 빛을 비추면 광전 효과에 의해 전자가 연속적으로 방출되고 이것이 전원 역할을 한다. 태양 전지는 광다이오드의 일종이다.

채점 기준

등급	채점 기준	배점(%)
A	⑴과 ⑵를 모두 맞힌 경우	100
B	⑴과 ⑵ 중에서 한 가지만 바르게 쓴 경우	50

08

정답 키워드

광전 효과, 문턱 진동수

모범답안_ (1) 금속판 D에서 A는 광전 효과가 일어나고, B는 광전 효과가 일어나지 않으므로, A의 진동수는 문턱 진동수보다 크고, B의 진동수는 문턱 진동수보다 작다.([eqn: f_{rmA} >f_0 >f_{rmB}]) 파장은 진동수에 반비례하므로 [eqn: lambda_A < lambda_B]이다.

(2) 빛 A에 의해 D는 광전 효과가 일어나고 E는 광 전효과가 일어나지 않았으므로, 빛 A의 진동수 [eqn: f_A]와 금속판 D와 E의 각각의 문턱 진동수 [eqn: f_D], [eqn: f_E]의 관계는 [eqn: f _{rm D it} <f _{rm A it} <f _{rm E it}]이다. 일함수 [eqn: W=hf _{0}]이므로, [eqn: W _{D} <W _{E}]이다.

(3) [eqn: K _{rm max it} =hf-W]이므로 문턱 진동수 이상의 빛을 비출 경우, 진동수가 큰 빛을 비출수록 광전자의 운동 에너지는 증가한다. A를 비출 때 광전자의 최대 운동 에너지가 더 크다.

채점 기준

등급	채점 기준	배점(%)
A	⑴~⑶을 모두 맞힌 경우	100
B	⑴~⑶ 중에서 두 문제만 맞힌 경우	70
C	⑴~⑶ 중에서 한 문제만 맞힌 경우	30