第十三章 波和粒子

　　本章介紹了一些新的實驗事實如光電效應、康普頓效應，氫原子光譜等，這些實驗的規律用經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典理論的束縛，解釋了這些事實。由于量子理論相對高深，因此學習本章時我們偏重于識記與了解，對理論計算的要求不高。本章重點是量子理論的基本知識、光的波粒二象性、物質粒子的波粒二象性。

　　一、光電效應、愛因斯坦方程(識記)

　　概括起來，光電效應的實驗規律是：

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

　　除了最后一點外，其他實驗實事都無法用經典波動理論來解釋，為了解釋這一現象，愛因斯坦提出光子假設：光束是一粒粒的以光速c運動的粒子流，這些粒子流稱為光子;每個光子具有的能量是由ε=hν決定。h為普朗克常數。

　　根據光電效應能量關系分析得到的愛因斯坦公式：

　　hν=mv2m/2+A

　　這個公式表明：1、每個電子吸收一個光子時所得能量與光強無關，但與頻率成正比。遏止電壓與入射光頻率成正比關系。

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

　　3、電子吸收光子能量時，幾乎是瞬時的，遲延時間極短。

　　光子具有頻率ν和波長λ等波動特征，同時具有能量ε和動量p等粒子特征，它們的關系是 ε=hν p=h/λ。體現了光子波粒二象性的統一。

　　二、康普頓效應(識記)

　　1923年，康普頓通過X射線被物質散射的實驗進一步證實了愛因斯坦的光子概念。

　　康普頓效應是x射線被散射物質散射后，散射光偏離原入射線方向成φ角，結果散射光波長偏離原入射光波長的現象。這種效應根據光子假設很容易解釋，因為光子碰撞電子后將一部分能量轉移給電子，導致頻率發生變化。(他的實驗首先采用了石墨，后來用Ag、Li、Be、B、C、Cu等物質觀測到康普頓效應確定，只要散射角φ相同，康普頓波長偏移Δλ就是定值)

　　康普頓效應進一步揭示了光的粒子性。

　　本節要注意，康普頓效應實驗中，一般不用可見光，因為可見光的波長長，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。

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