해설 보기
정답도체 내부는 등전위이므로 중심에서 전위가 가장 크다는 설명은 틀립니다.
핵심 개념
도체의 정전기적 평형 성질
정전기적 평형 상태에 놓인 도체는 몇 가지 중요한 성질을 가집니다. 첫째, 도체 내부의 전기장은 항상 0입니다. 만약 내부에 전기장이 있다면 자유전자가 계속 이동하여 평형이 아니게 되기 때문입니다. 둘째, 알짜 전하는 모두 도체 표면에만 분포합니다. 셋째, 표면 바로 바깥의 전기장은 표면에 수직 방향입니다. 넷째, 내부 전기장이 0이므로 도체 전체(내부와 표면)는 어디서나 전위가 같은 등전위체입니다. 따라서 내부에서 특정 지점의 전위가 더 크거나 작을 수 없습니다.
선지별 해설
①정전기적 평형에서 도체 내부의 전기장은 0입니다. 내부에 전기장이 존재하면 자유전자가 힘을 받아 이동하므로 평형 상태가 유지될 수 없기 때문입니다.
②도체 표면에 나란한 전기장 성분이 있으면 표면 전하가 이동하게 됩니다. 평형에서는 그 성분이 0이 되어 표면 바로 바깥 전기장은 표면에 수직입니다.
③내부 전기장이 0이므로 가우스 법칙에 의해 내부에는 알짜 전하가 없습니다. 대전된 알짜 전하는 서로 밀어내어 모두 도체 표면에만 분포합니다.
④내부 전기장이 0이므로 위치에 따른 전위 변화가 없어 도체 내부와 표면은 모두 같은 전위를 갖는 등전위체입니다. 따라서 중심에서 전위가 가장 크다는 설명은 옳지 않습니다.
해설 보기
정답일함수를 구할 수 있다(ㄴ)와 에너지 보존을 이용한다(ㄷ)가 옳으므로 답은 ③입니다.
핵심 개념
광전효과 실험의 원리
광전효과는 금속 표면에 빛(전자기파)을 쪼일 때 전자가 튀어나오는 현상입니다. 핵심은 빛의 세기(진폭)가 아니라 진동수가 문턱진동수 이상이어야 전자가 방출된다는 점입니다. 광자 1개의 에너지는 hf이며, 에너지 보존에 따라 hf = W(일함수) + 최대운동에너지 관계가 성립합니다. 진동수가 문턱값 이상일 때 빛의 세기(진폭)를 키우면 광자 수가 늘어 방출 전자 수가 증가하고, 진동수를 키우면 전자의 운동에너지가 커집니다. 정지전압을 이용해 전자의 운동에너지를 측정하고 이 관계로부터 금속의 일함수를 구할 수 있습니다.