作者简介：邓剑平，1982年毕业于陕西师范大学物理系物理专业，理学学士，1996年10月获评国家冶金工业部“高级工程师”。连续从事物理教学、物理实验教学和实验管理四十年，2022年7月退休前在青岛理工大学理学院物理实验中心专职实验教师。近年持续研究近代物理史料，实施相关实验创新改造获得多项发明专利和实用新型专利，牵头组织了汇集近二十年第一手近代物理实验资料的《近代物理再实验手记》的编写出版。
文章第一部分于2024年4月2日发表，第二部分于2024年5月7日发表，感兴趣的读者可以查看：用第一性原理分析光电效应研究的百年是非（第一部分）以及：用第一性原理分析光电效应研究的百年是非（第二部分）
二、二十世纪初经典物理是不是遇到了光电效应实验的挑战？
从前面的光电效应实验和对密立根伪“实验”剖析可以看到，1900年的物理面临的困境并不是像现在绝大多数物理、量子物理教材中描绘的那样，是经典物理的大溃败。
这种困境究其根源是在当时的客观实验技术 /“技术”条件下获得的一些无意、或有意的错误“实验”结论，即：“光电效应中产生光电子的初始动能（速度）仅仅与入射光的频率ν有关，而与入射光光强 Iν 无关”造成的。
在物理学经典理论框架下，基于在第一部分展示的光电效应实验发现，即：光电效应中，产生光电子的初始动能（速度）不仅仅与入射光的频率ν有关，而与入射光光强 Iν 也呈高度的线性相关性。在经典物理的框架下，利用经典麦克斯韦电磁波理论、经典电磁学和经典力学的冲量作用，就可以构建一个与全新的光电效应实验相呼应的，入射光如何与靶极金属价电子作用产生光电子，完整的光电效应物理微观作用机制。首先，对光电效应中，金属靶极表面的碱金属原子实 +e 与 价电子 -e 之间的束缚电场力作用作为短程作用来处理。这样处理的理由是：某个靶极表面金属原子的价电子 -e 一旦被外界作用剥离飞出，由靶极连接的电回路上源源不断地提供的大量自由电子将快速弥补该价电子留下的空缺，金属原子实将从价电子缺失的离子态迅速恢复到电中性的原子态，碱金属原子实 +e 与 价电子 -e 之间的束缚电场力作用迅即消失。这个地方是和以前理解的孤立原子的价电子 -e完全电离过程，库仑力作用作为长程作用的理解是不同的。光电效应中从微观作用层面上，在空间某点上受入射光电场强度矢量：随时间变化的交变电磁场作用在价电子 –e 使其摆脱原子实束缚成为空间自由光电子的物理过程，类似于，在经典物理作用系统上，去破坏一个大质量宏观刚性球M与另一个小质量刚性球m（假设m ≈ M /1000）之间弹性键链作用的物理过程。物理常识告诉我们，在这种情况下，提高破坏作用的爆发性是打破这种弹性键链关系最有效的方法，其次是破坏作用的强度必须要达到特定的量级。如果这种破坏作用没有足够的爆发性，其作用在价电子-e的逃逸作用将通过库仑力作用带动碱金属原子实的顺向移动，这样就会大大减少价电子成功逃逸为光电子的概率。图一 用冲量原理来表述的破坏刚性球体之间弹性键联的模型靶极表面碱金属原子的价电子 -e 与入射光波电场强度矢量E作用，积累逃逸所需要的能量，而该价电子摆脱钾离子束缚成为空间自由电子的概率，则取决于入射光电场矢量的时间变化率有人如果对电磁波电场强度矢量直接作用于价电子表示怀疑，请参考M.A.Chaffee 1931年的发表在Physical Review上的文章 “THE ANGULAR DISTRIBUTION OF
PHOTOELECTRONS EJECTED BY POLARIZED ULTRAVIOLET LIGHT IN POTASSIUM VAPOR”[1]，这里不再赘述。回到光电效应实验中，在频率为ν的入射光（注：= 2πν）的电场强度图二 用电磁波与带电粒子作用理论来表述的电矢量与价电子作用产生光电子的作用模型由此可以得出，该价电子-e摆脱靶极表面碱金属原子实的库仑力短程束缚成为空间自由电子的概率将满足：其中：e 为电子电量，E0 为入射光波光强对应的（电磁波）电场强度振幅值，ω为入射光波的角频率，ν为入射光波的频率，光电效应满足的功能原理方程即为新光电效应方程：这种作用机制下，金属靶极表面的碱金属原子实与价电子之间的库仑力束缚作用，光电效应中产生光电子的初始动能（速度）不仅仅与入射光频率ν有关，而与入射光光强Iν 也呈高度的线性相关性， W为光电管靶极金属的电子逸出功，D2021是光电效应转化系数。
从这个光电效应方程关系也可以明确地获得与我们获得的光电效应实验中各个关键物理量之间的作用关系，也可以说明这些物理量对光电效应管金属靶极碱金属价电子作用，使之成为摆脱金属原子实的库伦束缚作用的空间自由电子（光电子）的贡献。
这就是光电效应实验中，入射光频率ν和入射光光强 Iν都会直接影响光电效应光电流 IA 的原因，也是入射光频率ν和入射光光强 Iν都会直接影响最小反向遏止电压Us的物理实质。
这就提醒我们应该认识到，入射光强度 Iν 也是与入射光频率同等重要的因素，没有足够的入射光光强 Iν也是不会有光电子的逸出所产生的光电流 IA。
特别注意：即便实验使用极高频率紫外光来充当光电效应实验的光源，也需要这个光源有足够的光强度 Iν 满足以下的条件
而入射光光强 Iν< Iν-min 时，光电效应将消失，即使换用更高测量精度的微电流放大器，也将测不到任何光电流。如果，入射光的电矢量作用的时间变化率比较低，入射电磁波对价电子作用的能量积累就会通过价电子和原子实（例如钾离子、钠离子等）之间电场力（键连）传递给对应的原子实，而该原子实将被牵引偏离附着靶极表面平衡位置向外微移动，这个微移动又会牵连与之相连的靶极基材银原子的相对移动，这部分能量将会以靶极材料的热运动动能形式耗散，而产生光电效应的效率就会大大降低。从最终成为光电子所获得电磁波能量的有效性来讲，对应于每一次使价电子向靶极外侧方向的激发和迁移，直到摆脱原子实的约束形成空间自由光电子，只有大约从E = +E0 到 - E0 的大约1/2周期震荡的入射光电矢量作用是有效的激发作用时间窗。在特定频率、特定辐射光强的照射下，决定光电效应管金属靶极上一个碱金属的价电子能否成功摆脱原子实束缚而成为空间自由光电子的时间，不会超过（1/2）×入射光电磁振荡周期（秒）。因此光电效应过程中，光电子产生时间不应该是一个具体的时间量级，而是与入射电磁波的频率相关。
上面的全部内容就是青岛理工大学邓剑平、陈畅、李宏升、王宇琛、王轶君联合完成的《用第一性原理分析光电效应研究的百年是非》--邓剑平 陈畅 李宏升 王宇琛 王轶君 (中国.青岛2024年3月19日)。从1887年H.赫兹发现光电效应基本现象，到以P.雷纳德为代表的一批实验物理学家获得的有缺陷的“实验”结论，到1905年A.爱因斯坦据此提出的光量子假说和旧光电效应方程，再到1916年R.密立根发表的“技术性”隐藏了随意控制光强的A GLASS（a filter of aesculin in a glass）的“实验”论文，再到1921年A.爱因斯坦因提出的光量子假说和旧光电效应方程获得诺贝尔物理学奖，再到1923年没有第三方独立验证的“实验”的始作俑者R.密立根被授予了诺贝尔物理学奖。。。。。。今天，在经典物理的框架下，利用经典麦克斯韦电磁波理论、经典电磁学和经典力学的冲量作用，构建一个与全新的光电效应实验相呼应的，入射光如何与靶极金属价电子作用产生光电子，完整的光电效应物理微观作用机制。鉴于网文篇幅有限，更为详尽的实验设计细节和全部实验数据，请参考2023年7月哈尔滨工业大学出版社出版的《近代物理再实验手记》，有感兴趣的专业和非专业老师和学生请微信（微信号：QD-DENGJIANPING）联系作者共同探讨物理专业问题、欢迎联系订阅本书，也可由本文的赞助推送锐光凯奇 公众平台代为联系作者。非常感谢锐光凯奇刘书钢教授对我们作者团队的大力支持，每一次与刘老师的交流都在物理技术层面获得了很多国内国际在物理光学分析测量技术方面的最新信息，开拓了新视野受益匪浅。在此，衷心祝愿锐光凯奇在高精度高稳定性物理光学检测领域取得领先的技术优势。
[1] MILTON A.Chaffee，Physical Review vol.37,p1233《用第一性原理分析光电效应研究的百年是非》由青岛理工大学邓剑平、陈畅、李宏升、王宇琛、王轶君联合完成。邓剑平老师团队的《近代物理再实验手记》一书，全书共210页14个章节，里面更加详细和全面的讲述了本文的内容，感兴趣的学者可在文章下方留言，并在公众号私信我们您的收货信息，我们取留言前十名送出。
