揭示光电效应的机制

赫兹的论文《紫外线对放电的影响》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。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。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。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。