1. 光电效应的早期研究

   1. 光电效应的发现

说来有趣。如果说光电效应是光的粒子性的实验证据，发现这一效应却是赫兹（Heinrich Hertz）在研究电磁场的波动性时偶然作出的。这件事发生在 1887 年，当时赫兹正用两套放电电极做实验，一套产生振荡，发出电磁波；另一套充当接收器。为了便于观察，赫兹偶然把接收器用暗箱罩上，结果发现接受电极间的火花变短了。赫兹工作非常认真， 用各种材料放在两套电极之间，证明这种作用既非电磁的屏蔽作用，也不是可见光的照射，而是紫外线的作用。当紫外线照在负电极上时，效果最为明显，说明负电极更易于放电。

1. 揭示光电效应的机制

赫兹的论文《紫外线对放电的影响》①发表后，引起了广泛反响。1888 年，德国物理学家霍尔瓦克斯（Wilhelm Hallwachs），意大利的里奇

（Augusto Righi）和俄国的斯托列托夫（А．Г．СтоΛетов） 几乎同时作了新的研究。图 7-l 是斯托列托夫的实验装置原理图。在金属极板 C 前几毫米远处，安放一金属网，极板 C 与金属网分别接于电池 B 的两端，使 C 带负电。用检流计 G 测量电流，弧光从 A 照向极板 C，检流计指示有电流，将电池极性对换，使 C 极电位为正，则检流计不指示电流。显然，这个实验表明负电极在光照射下（特别是紫外线照射下）， 会放出带负电的粒子，形成电流。1889 年，爱耳斯特（J.Elster）和盖特尔（H.F.Geitel）进一步指出，有些金属（如钾、钠、锌、铝等）不但对强弧光有光电效应，对普通太阳光也有同样效应，而另一些金属（如锡、铜、铁)则没有。对于锌板，要加+2.5 伏电压，才能在光照之下保持绝缘。

■图 7-1 斯托列托夫的实验原理图

1899 年，J.J.汤姆生用了一个巧妙的方法测光电流的荷质比。他用

锌板作光阴极，阳极与之平行，相距约 1 厘米。紫外光照射在锌板上， 从锌板发射出来的光电粒子经电场加速，向正极运动。整个装置处于磁场 H 之中，如图 7-2。在磁场的作用下，光电粒子作圆弧运动。只要磁场足够强，总可以使这些粒子返回阴极，于是极间电流乃降至零。J.J.汤姆生根据电压、磁场和极间距离，计算得光电粒子的荷质比 e/m 与阴极射线的荷质比相近，都是 1011 库仑/千克的数量级。这就肯定光电流和阴

① H.Hertz,ElectricWaves,MacMillan,1900p.63.

极射线实质相同，都是高速运动的电子流。这才搞清楚，原来光电效应就是由于光、特别是紫外光，照射到金属表面使金属内部的自由电子获得更大的动能，因而从金属表面逃逸到空间的一种现象。不过，这只是一种定性解释。要根据经典电磁理论建立定量的光电效应理论，却遇到了难以克服的困难。特别是 1900 年勒纳德的新发现使物理学家感到十分迷惑。

■图 7-2J.J.汤姆生测光电流的荷质比