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第22 卷第3 期 大　学　物　理 Vol.22 No.3 200 3 年3 月 COLLEGE 　PHYSICS Mar.2003 爱因斯坦光电方程与光电效应实验外推法 杨际青 (河海大学 数理系, 江苏 南京　210098) 　　摘要:讨论了爱因斯坦光电方程, 指出现今在光电效应实验中普遍使用的爱因斯坦光电方程只是在 T=0 K 时 才成立.对室温下光电流的J -U 曲线的分析表明, 除 T=0 K 情况外, 光电子无明确的最大动能, 也无明确的截止 电压概念.改进了光电效应实验外推法, 指出“截止电压”的确定必须在靠近零的同一光电流数值下进行.结果表明 只有在以准爱因斯坦光电方程取代原有的爱因斯坦光电方程的情况下, 光电效应外推法中内在的矛盾才可以消 除. 关键词:爱因斯坦光电方程;光电流;截止电压;外推法 中图分类号:O 483　　　文献标识码:A 　　　文章编号:1000-0712(2003)03-0027-03 　　光电效应外推法测量普朗克常量实验是国内外 当光照射到一个清洁的金属或半导体材料表面上 校普遍开设的近代物理实验.该实验以其内容重要且 时, 入射光的频率ν一旦超过某一阈值ν时, 就有明显 0 基本, 设计巧妙又简单而著称.然而, 正如所有作过该 的光电子发射出来, 这就是光电效应.金属和半导体材 实验的人所感受到的那样, 实验中的截止电压US 很难 料的光电效应机制是一个非常复杂的多体问题, 通过 确定, 并且实验误差较大.对于光电效应实验误差问 简化, 可以利用三个分开的步骤, 即所谓的单电子三步 [5] 题, 国内外几乎所有的教材都依据爱因斯坦光电方程 模型来理解光电效应机制 :第一步是入射光子在固 或多或少地讨论了US 的确定方法, 认为实验误差起因 体表面内侧激发出 热电子;第二步是伴随着电子与 于暗电流、本底电流、收集极光电流和热电子发射构成 电子、电子与声子的非弹性散射, 热电子向表面扩 的背景电流 的存在, 从而很难准确定出 U .此外, 散;第三步是穿过固体的表面势垒逃逸到真空中.由于 S [1] 半导体材料的量子效应 出金属几个数量级, 不仅对 DuBr dge 早在上世纪30 年代就指出 , 由于热效应, 常 温下光电效应外推法确定的截止电压值要比实际上爱 紫外光, 对可见光和近红外光都有响应, 故现在光电效 因斯坦光电方程中要求的截止电压值大百分之几到百 应实验中普遍使用的就是半导体材料的光电管.尽管如 分之二十几.然而, M ll kan 等人的工作结果却令人信 此, 为简单起见, 本文以金属光电效应为例进行讨论. 服地表明其误差都小于这一范围[2～4] .光电效应外推 通常金属中的电子受正离子的吸引不会离开金 法中这一内在的矛盾至今仍未被解决. 属, 只有在外界提供足够的能量时, 电子才会脱离金 本文分析表明, 国内外教材中的一些流行的看法 属.依据金属的电子气模型, 电子被约束在深度为 E0