再谈爱因斯坦光电效应

张志新

爱因斯坦是幸运的，他在普朗克关于电磁波能量特殊处理的前提下，针对当时光电效应解释的难题，大胆提出光也是一份一份传播的，即光子说，从而完美地揭示了光电效应的本质，同时，对光的波粒二象性也奠定了基础。在应用光子说解释光电效应现象过程中，他又顺其自然地提出爱因斯坦光电效应方程：h?酌=W+EK。

我们先看方程的各物理量含义。方程中的h?酌是爱因斯坦光子说中的光子的能量，即E=h?酌 ，它与普朗克定义电磁波的能量所用的公式完全一样，其中h是普朗克常量，而?酌 则是电磁波或光的频率，所以，在光电效应现象中，如果用不同频率的光来照射某一抛光金属，进入到该金属原子中的光的能量也会随频率不同而不同。結果，我们发现并不是所有频率的入射光都能使该金属发生光电效应，即只有入射光的能量值大于或等于某一具体数值时，才有光电效应现象产生，我们就将该金属的这一具体数值称为逸出功W，就是指该金属内的自由电子在逃出原子的过程中，克服原子核的引力作用所做的功。很明显，如果入射光子的能量小于该金属的逸出功，则自由电子吸收光子后只是能量比以前有所增大，但仍不能脱离原子核的吸引，也就不能变成光电子，不能发生光电效应。

需要注意的是：金属内自由电子在捕获光子时只能捕获一个光子，且只能捕获一次，这样一来，如果入射光能量不够，即便照射的强度再高、时间再长，也不能发生光电效应。这正是入射光的频率要大于金属的极限频率才能发生光电效应的原因。

在满足了发生光电效应的条件后，入射光的能量就大于或等于了金属的逸出功，这样电子就可以脱离原子，所剩能量（即h?酌-W）便以动能的形式存在，刚一脱离原子时的动能我们就称为最大初动能EK，若是入射光的能量（频率）恰等于金属逸出功（金属极限频率），则电子脱离原子时所剩能量为零，最大初动能为零。这就是刚好发生光电效应现象的临界状态。

学习爱因斯坦光电效应方程的主要目的就是要用来解释光电效应现象，之前我们先举一个小例子：某人分文没有却梦想着要出国，一次偶然机会他买彩票中了20万元，于是立刻办出国手续，手续办完到了外国，前前后后共用去了20万元，于是他刚一来到梦想中的天堂却又变成了一个分文没有的穷光蛋。当然我们可以把条件改一下：彩票中了200万元，则结果是：到了外国仍拥有资产180万元。这里面有一个很简单的数学关系问题，他所拥有的外来财富20万元（或200万元）=出国所需花销20万+刚到国外时所拥有的资产0元（或180万元）。即外来财富有两个去向，其一，出国所需花销，其二，刚到国外时的最大资产。光电效应现象的解释与上面这个例子很相似，当大于金属极限频率的入射光入射时，金属内部的自由电子就捕获一个光子，这时自由电子所吸收的光子能量h?酌有两个用处，首先，克服原子核的引力做功消耗掉一部分能量,即逸出功W,此时电子脱离原子变成光电子，另外一部分能量以最大初动能EK的形式出现，用公式表达即为h?酌=W+EK；当然，如果是临界态，则公式将变为h?酌0=W。

（唐山市丰南区唐坊高中）