第十三章 波和粒子

　　本章介紹了一些新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)，氫原子光譜等，這些實(shí)驗(yàn)的規(guī)律用經(jīng)典物理理論是無法解釋的，只有普朗克、愛因斯坦、玻爾的量子理論才突破了經(jīng)典理論的束縛，解釋了這些事實(shí)。由于量子理論相對(duì)高深，因此學(xué)習(xí)本章時(shí)我們偏重于識(shí)記與了解，對(duì)理論計(jì)算的要求不高。本章重點(diǎn)是量子理論的基本知識(shí)、光的波粒二象性、物質(zhì)粒子的波粒二象性。

　　一、光電效應(yīng)、愛因斯坦方程(識(shí)記)

　　概括起來，光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律是：

　　對(duì)于某種金屬，只要大于該金屬“紅限”頻率的光照射時(shí)(幾乎是瞬時(shí)的)就有光電子逸出;如果光的頻率低于“紅限”，則無論光強(qiáng)多大都不會(huì)有光電子逸出;光電子的初動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，二者成線性關(guān)系;入射光的強(qiáng)度只影響光電子數(shù)目，入射光強(qiáng)度與飽和光電流大小成正比。

　　除了最后一點(diǎn)外，其他實(shí)驗(yàn)實(shí)事都無法用經(jīng)典波動(dòng)理論來解釋，為了解釋這一現(xiàn)象，愛因斯坦提出光子假設(shè)：光束是一粒粒的以光速c運(yùn)動(dòng)的粒子流，這些粒子流稱為光子;每個(gè)光子具有的能量是由ε=hν決定。h為普朗克常數(shù)。

　　根據(jù)光電效應(yīng)能量關(guān)系分析得到的愛因斯坦公式：

　　hν=mv2m/2+A

　　這個(gè)公式表明：1、每個(gè)電子吸收一個(gè)光子時(shí)所得能量與光強(qiáng)無關(guān)，但與頻率成正比。遏止電壓與入射光頻率成正比關(guān)系。

　　2、光的頻率為紅限ν0時(shí)，hν0=A，光子能量小于逸出功A時(shí)，不產(chǎn)生光電效應(yīng)。

　　3、電子吸收光子能量時(shí)，幾乎是瞬時(shí)的，遲延時(shí)間極短。

　　光子具有頻率ν和波長λ等波動(dòng)特征，同時(shí)具有能量ε和動(dòng)量p等粒子特征，它們的關(guān)系是 ε=hν p=h/λ。體現(xiàn)了光子波粒二象性的統(tǒng)一。

　　二、康普頓效應(yīng)(識(shí)記)

　　1923年，康普頓通過X射線被物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了愛因斯坦的光子概念。

　　康普頓效應(yīng)是x射線被散射物質(zhì)散射后，散射光偏離原入射線方向成φ角，結(jié)果散射光波長偏離原入射光波長的現(xiàn)象。這種效應(yīng)根據(jù)光子假設(shè)很容易解釋，因?yàn)楣庾优鲎搽娮雍髮⒁徊糠帜芰哭D(zhuǎn)移給電子，導(dǎo)致頻率發(fā)生變化。(他的實(shí)驗(yàn)首先采用了石墨，后來用Ag、Li、Be、B、C、Cu等物質(zhì)觀測(cè)到康普頓效應(yīng)確定，只要散射角φ相同，康普頓波長偏移Δλ就是定值)

　　康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性。

　　本節(jié)要注意，康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，一般不用可見光，因?yàn)榭梢姽獾牟ㄩL長，散射光與入射光比較波長改變很小。而采用波長短的X光則有明顯的散射效應(yīng)。

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