为什么更亮的红光仍然打不出电子

要逃离金属，电子必须获得一份最低限度的能量，称为逸出功。在光电效应中，这份能量来自一个光子撞击一个电子，所以关键是每个单独光子的能量。

光子能量取决于频率。红光频率相对较低，所以它的每个光子所带的能量都小于大多数金属的逸出功。这一个光子根本无法给电子足够的能量离开。调高亮度会发出更多红光子，但每个仍然太弱，而且光子不会几个合力作用于一个电子，所以根本没有电子被发射。

换成紫外线这样的高频光，每个光子现在都带有足够的能量，于是即使光很暗，电子也会立刻出来。

在 SPM 中，你应用阈值频率和逸出功来解释为什么控制这一效应的是频率而不是亮度。

量子物理

背后的物理原理

要离开金属，电子必须获得一份最小能量，称为逸出功 W，单位为焦耳（J）。在光电效应中，这份能量来自一个光子撞击一个电子，所以关键在于每个单独光子所携带的能量，而不是整束光的总能量。

光子能量只由频率决定：E = hf，其中 h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s。红光频率较低，所以每个红光光子携带的能量很少。

若 E 低于 W，光子便无法释放电子，而且光子不会把能量叠加到同一个电子上。

计算示范：设某金属 W = 3.6 × 10⁻¹⁹ J，红光 f = 4.3 × 10¹⁴ Hz。每个光子携带 E = hf = 6.63 × 10⁻³⁴ J s × 4.3 × 10¹⁴ Hz = 2.9 × 10⁻¹⁹ J。

由于 2.9 × 10⁻¹⁹ J 小于 3.6 × 10⁻¹⁹ J，无论光多亮，都不会发射电子。

在日常生活中看它

用来冲洗照相胶片的暗房以昏暗的红色安全灯照明。即使暗房工作者把它调亮以便看清，明亮的红光也不会使胶片曝光，因为每个红光光子都缺乏触发感光反应所需的能量，而一次白光或蓝光的闪光却会立即毁掉胶片。

同样的道理解释了为什么柔和的红外热灯能让你暖和却不会晒伤，而正午阳光中强度低得多的紫外线却会引起晒伤。晒伤取决于由频率决定的光子能量，而不是光看起来有多亮或多热。

这也是为什么一支很亮的手电筒照在某些光传感器上、若颜色不对便什么也触发不了，而一个暗得多的高频光源却能立刻使传感器动作。堆积再多的低频光子，也永远凑不成一次成功的电子逸出。

它在 SPM 中如何出现

在 SPM 物理（4531）试卷二中，这是一道经典的解释题：解释为什么增大低于极限频率的光的亮度仍然产生不出光电子，并解释为什么是频率而不是强度控制这一效应。你应引用逸出功和一光子对一电子的规则。

你也可能被要求比较暗的高频光与亮的低频光的效果，并由 E = hf 计算光子能量以判断它是否超过逸出功，全程保持单位为焦耳和赫兹。命令词联系把极限频率 f₀ = W/h 与是否发生发射联系起来。

相邻的内容标准涵盖光电效应、光子和爱因斯坦光电方程。评卷者期待清楚陈述：更亮的光束只是每秒送出更多光子，而每一个仍然凭自身太弱。

来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)