光电效应中几个常见问题的解释
1.用频率小于极限频率的光照射金属，如果照射时间足够长，金属的温度升高，其电子的动能增大，电子脱离金属所需的功减小，逸出功减小，可能会发射光电子，对吗
在金属中，有大量的价电子，为整个金属晶体所共有。原子核和内层电子构成原子实，价电子在所有原子实和其他价电子提供的势场中运动。势场的电势为正，势场中的价电子具有的电势能为负，电子在金属外面的电势能为零，比在金属内部高，其差值称之为势垒，用符号V表示。势垒的大小由金属材料本身决定，不随温度改变。金属中的电子就像关在深为V的方箱中的粒子，这个方箱叫作势阱。势阱内的电子是自由的，具有动能，取值是不连续的，即分布在不同的能级上。被占据的最高能级的能量称之为费米能，用EF表示，电子分布在小于费米能的能级上，大于费米能的能级基本上是空的。能量接近费米能的电子容易被激发，小于费米能的电子很难被激发。发生光电效应的电子是接近费米能的电子，这些电子具有的动能为EF。电子从金属表面逸出，实质就是跳出深为V的势阱。要想使能量为EF的电子从金属表面逸出，必须对它做功W，这个功叫作金属的逸出功，从上图中可以看出W=V－EF。
其中势垒V不随温度改变;费米能EF随温度的变化非常缓慢，一般情况下，在温度变化不太大时，认为它是不变的。所以温度变化不太大时，金属的逸出功是不变的。
可见，用频率小于极限频率的光照射金属，照射时间较长时，金属的温度尽管升高，但却不会发射光电子。
2.电子会吸收两个或两个以上的光电子吗
在光电效应中，光电子是金属中的价电子吸收光子后逸出的。金属中的价电子吸收光子的范围是有限的，不会超过一个以原子半径为半径的圆的面积。假设照射在这个面积上的光子被电子全部吸收，以400nm的紫光照射钾金属表面为例，若入射光的强度为100W/m2，相当于一个10W的光源在距离金属板18cm处照射，可以算出一个电子吸收到两个光子的平均时间间隔约为0.6s。况且，照射到以原子半径为半径的圆的面积上的光子也不会全部被价电子所吸收，所以一个电子吸收两个光子的时间间隔将远大于0.6s。又由于在金属内部电子的碰撞非常频繁，两次碰撞的时间间隔远远小于0.6s，电子吸收到第一个光子到吸收到第二个光子之间经历了很多次的碰撞，吸收到第二个光子时，第一次吸收光子获得的能量早已因碰撞而损失。所以，电子可以吸收两个或两个以上的光子，但不可能具有两个或两个以上光子的能量。
3.如果逸出的光电子再吸收光子，光电子的动能将会改变，有的又回到金属内部，可能吗
电子吸收光子必须满足动量和能量守恒。逸出的光电子是自由电子，根据相对论力学，应用能量守恒和动量守恒定律，可以证明自由电子是不能吸收光子的。
假设原来静止的自由电子吸收光子。电子与光子发生作用后，光子消失，产生光电子，以速度v运动，根据能量守恒有由此解得电子吸收光子后的运动速率为
同理可以证明运动的自由电子也是不吸收光子的。
不论自由电子是运动还是静止，都不能吸收光子，可见逸出金属表面的光电子是不吸收光子的。只有处在势垒中在价电子，具有一定的束缚能时，才能吸收光子。
［1］中国大百科全书编委会.中国大百科全书·物理学.北京:中国大百科全书出版社，1987.
［2］陈泽民.近代物理与高新技术物理基础.北京:清华大学出版社，2001.
［3］郑乐民.原子物理.北京:北京大学出版社，2000.
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