光学教程:揭示光电效应与光的波动论矛盾

金属内部的电子受原子的束缚，如果电子获得足够的能量，可以摆脱束缚而逸出金属表面。

从光是电磁波的观点来看，光电子的逸出是由于照射到金属表面的光波强迫金属中的电子振动，使光波的能量转化为电子的能量，于是电子就能摆脱金属的束缚而逸出金属表面。

按光的波动论入射光强越大，光波的振幅也越大，光波提供给电子的能量也越大，电子飞出金属表面后的初动能也越大，可见光电子的最大初动能应随入射光强的增加而增大。但实验事实证明最大初动能与光强无关。

其次光的波动论不能解释光电子的最大初动能与入射光频率的线性关系。因为按照光的波动论，当入射光频率与金属中电子固有频率一致时，产生共振，此时光波传给电子的能量最大，电子逸出后的初动能最大，当入射光频率为其他值时，电子受迫振动的振幅较小，从入射光中得到的能量较少，光电子的初动能也较小，因此光电子的最大初动能与入射光频率不会是线性关系。(www.xing528.com)

光的波动论也不能解释红限的存在。因为按照光的波动论，光的能流密度正比于振幅的平方，不论入射光频率如何，只要足够强，就能提供电子逸出金属表面所需的能量，即不存在红限问题。

在光电效应弛豫时间问题上，用波动论解释也陷入困境。因为按照光的波动理论，光波能量是连续传递的，金属中的电子从入射光波中获得足够的能量总需一定的时间，并且光越弱，需要的积累时间越长。例如，功率为1W的点光源照射3m处的金属钾，若光源各方向均匀辐射，金属钾中的电子逸出表面最少需要2.3eV的能量。电子吸收能量的范围为半径等于原子半径(r=0.5×10-10m)的圆面，则电子接收到的功率大约为7×10-23W，若电子能全部吸收此能量，则获得2.3eV的能量所需时间大约为5280s，此即光电效应的弛豫时间，而实验结果表明从光线开始照射阴极K直到K逸出电子，无论光强如何，只要频率超过红限，光电子几乎是瞬时发射的，并不需要经过一段显著的时间，据现代的测量，这时间不超过10-9s。可见光的波动理论不能解释光电效应的实验规律，在光电效应问题上陷入困境，迫使人们去思索、创新。