中学物理教材中的逸出功

中学物理教材中的逸出功

作者：吴育杭    文章来源：物理教师　2006    更新时间：2007-6-29

什么是金属的逸出功，多年来中学物理教材一直说法不一。请看：

1980年2月第1版《全日制十年制学校高中课本(试用本)物理下册》(人民教育出版社)的叙述是：“电子吸收光子的能量后，动能立刻就增加了，不需要积累能量的过程。如果电子的动能足够大，能够克服内部原子对它的引力，就可以离开金属表面逃逸出来，成为光电子。这就是光电效应。当然，电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动，有的向金属内部运动，并不出来。向金属表面运动的电子，经过的路程不同，途中损失的能量也不同，因此从表面出来时的初动能也不同。只有直接从金属表面出来的光电子才具有最大初动能。这些光电子克服金属原有的引力所做的功叫做逸出功。”

1985年11月第1版《高级中学课本(试用)物理(甲种本)第三册》(人民教育出版社)的说法与1980年2月第1版《全日制十年制学校高中课本(试用本)物理(下册)》几乎一样。

1990年l0月第1版《高级中学课本物理第二册(必修)》(人民教育出版社)的说法是：“电子吸收光子的能量后，动能立刻就增加了，不需要积累能量的过程。如果电子的动能足够大，能够克服内部原子核对它的引力，就可以离开金属表面逃逸出来，成为光电子。……向金属表面运动的电子，经过的路程不同，途中损失的能量也不同。唯独金属表面上的电子，只要克服金属原子核的引力做功，就能从金属中逸出。这个功叫做逸出功。”

1994年12月第1版《高级中学试验课本物理第二册》(人民教育出版社)说法是：“电子吸收光子的能量后，动能增加，如果动能足够大，电子就能克服金属离子对它的引力，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。……这些电子克服金属离子的引力所做的功，叫做逸出功。”2003年6月第1版《全日制普通高级中学教科书(必修加选修)物理第三册》(人民教育出版社)的说法是：“光电效应中，金属中的电子在飞出金属表面时要克服原子核对它的吸引而做功。某种金属中的不同电子，脱离这种金属所需的功不一样，使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。”上面关于逸出功的说法有三种。一是电子克服金属原子的引力所做的功；二是电子克服金属原子核的引力所做的功；三是电子克服金属离子的引力所做的功。这三种说法哪一种正确?究竟是克服什么力做功?在中学阶段值得深入讨论。自由电子在逸出金属表面时为什么要做功?从微观角度如何理解呢?在通常温度下，金属中的自由电子虽然在作热运动，但是，几乎没有自由电子能从金属的表面挣脱出来。这表明，在金属表面运动着的自由电子，必定要受到某种阻止它们从金属表面逸出的力。对这种阻力可以这样来理解：起初，有少数热运动速度较大的自由电子从金属表面挣脱出来，在金属表面附近形成一层电子“气”。这时，一方面金属中缺少电子，另一方面，这些逸出的电子对金属有静电感应作用，从而在金属表面内形成一个正电荷层。这样在金属表面就出现一个电子一正电荷层。这个电子－正电荷层（如图1所示），其厚度大约是10   m,偶电层所产生的电场方向由金属表面指向金属外面，它阻碍其他自由电子从金属表面逸出。由于偶电层的存在，金属表面内的电势高于表面层外的电势，金属表面的自由电子要从金属表面逸出，就要克服偶电层的电场力做功，这个功就叫做该种金属的逸出功。逸出功的单位通常用电子伏(ev)表示。不同金属表面形成的偶电层的电势差大小不同，自由电子逸出金属表面所需做的功也不同，也就是说，不同金属有着不同的逸出功。逸出功越大，自由电子越难逸出金属表面。对于大多数纯金属，其逸出功在3～4.5eV之间。

综上所述，所谓逸出功就是金属表面的自由电子克服金属表面的偶电层的电场力所做的功。笔者认为这样表述较上面所列出的中学物理教材中的表述要明确和清楚。

在最近出版的物理教材中对逸出功的表述作了修改。2005年6月第1版《普通高中物理课程标准实验教科书-物理·选修3—5》(人民教育出版社)对逸出功是这样表述的：“人们知道，金属中原子外层的价电子会脱离原子做无规则的热运动。但在温度不高时，电子并不能大量逸出金属表面，这表明金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸。电子若能从金属中挣脱出来，必须克服这种阻碍做功。使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。”

新教材的说法抛弃了“克服金属原子的引力做功”、“克服金属原子核的引力做功”、“克服金属离子的引力做功”等含混不清的说法，指出“金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸”。这比过去的说法进了一步，但仍然没有能指出阻碍光电子逸出的力的实质。笔者认为在今后修订高中物理教材时，在讲述“逸出功”概念时，应从电子论的角度阐明逸出功的微观本质，加上“金属表面的自由电子克服金属表面的偶电层的电场力做功”这一说法为宜。