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§第二 光子之名的由来（第1页）

§第二节“光子”

之名的由来

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奇怪的光电效应，在很长一段时期里，是一个使人们困惑不解的难题。

因为，按照光的波动理论来解释，金属表面层的电子必须由入射光那里得到足够的能量，才能从金属表面脱出来；而光的能量大小是由光强度决定的，光的强度大小又是由光波的振幅决定的，与光波的频率毫无关系。

如此看来，只要入射光强度足够大，或者照射时间足够长，不管其频率如何，总能够给金属表面电子提供足够的能量，使之克服原子引力而脱出表面来，即产生光电效应。

显而易见，这种解释同前述是矛盾的。

而且，实验表明，如果入射光频率比某极限频率低，即使这种入射光很强，照射时间足够长，也不能从金属中激发出电子来；反之，如果入射光频率比某极限频率高，即使这种入射光很弱，照射时间很短，也能将其能量迅速集中起来而给予电子，使电子从金属表面飞出来。

这一切，都是经典的波动理论所无法作出圆满的回答。

因此，物理学家们不得不去探索新途径。

1900年，德国物理学家普朗克在研究电磁辐射的能量分布时，发现经典理论在实验事实面前的无能，创造性地提出了一个“量子”

理论，并用它解释了电磁现象。

他指出：电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地成量子的状态进行的，每一份就是一个能量子，每一份能量都是一个常数的整数倍。

经计算证明，普朗克理论同实验结果完全相符。

普朗克理论突破了物理学所面临的困境，为量子力学和光子学的研究和发展开辟了一条新路。

普朗克提出的“电磁波以能量子形式传播”

，是一个崭新的概念，是对物理学的一大贡献，为了纪念他，人们就将普适恒量称为普朗克常数。

1905年，爱因斯坦推广了普朗克的辐射能量子概念，很好地阐述了光电效应。

他指出：光在传播过程中，具有波动的特性；光在发射和吸收的过程中，却有类似粒子的性质。

光本身只能一份一份地发射，一份一份地吸收，也就是说，发射和吸收的能量都是光的某一最小能量的整数倍，这最小的一份能量称为光量子，简称为光子。

按照光子概念，当光子入射到金属表面时，光子的能量全部为金属中的电子吸收，电子将得来的能量一部分用于挣脱金属对它的束缚，即作脱出功，余下的一部分就变成电子离开金属表面后的动能了。

根据能量守恒和转换定律，这就是爱因斯坦光电效应方程式。

其中，光电子的最大初动能，光电子离开金属表面所作的脱出功。

这就表明了光电子动能同照射光频率、脱出功之间的关系。

电子要从金属表面脱离出来，就必须克服金属原子的引力，作一定数量的脱出功。

对于不同的金属来说，电子从这种金属的表面脱出时，克服原子引力所作的功是不同的。

不同频率的光照射，其光子能量也各不相同，射到金属表面上时，可以被金属中的某个电子所立即“吃掉”

，而不需要将能量累积起来，故极其迅速地转化为电子动能。

如果照射光的光子的能量足够大，则电子“吃饱吃够”

之后动能也足够大，大到能够克服这种金属内部原子对它的引力，那么，此时电子就可以离开该金属表面而逃脱出来，成为光电子，这就是光电效应发生之原因。

如果金属表面的电子接受了光子的能量，除克服该金属内部原子对它们引力之外，还绰绰有余，即表现为脱出金属表面后还有初动能。