第十三章 波和粒子

　　本章介绍了一些新的实验事实如光电效应、康普顿效应，氢原子光谱等，这些实验的规律用经典物理理论是无法解释的，只有普朗克、爱因斯坦、玻尔的量子理论才突破了经典理论的束缚，解释了这些事实。由于量子理论相对高深，因此学习本章时我们偏重于识记与了解，对理论计算的要求不高。本章重点是量子理论的基本知识、光的波粒二象性、物质粒子的波粒二象性。

　　一、光电效应、爱因斯坦方程(识记)

　　概括起来，光电效应的实验规律是：

　　对于某种金属，只要大于该金属“红限”频率的光照射时(几乎是瞬时的)就有光电子逸出;如果光的频率低于“红限”，则无论光强多大都不会有光电子逸出;光电子的初动能只与入射光的频率有关，二者成线性关系;入射光的强度只影响光电子数目，入射光强度与饱和光电流大小成正比。

　　除了最后一点外，其他实验实事都无法用经典波动理论来解释，为了解释这一现象，爱因斯坦提出光子假设：光束是一粒粒的以光速c运动的粒子流，这些粒子流称为光子;每个光子具有的能量是由ε=hν决定。h为普朗克常数。

　　根据光电效应能量关系分析得到的爱因斯坦公式：

　　hν=mv2m/2+A

　　这个公式表明：1、每个电子吸收一个光子时所得能量与光强无关，但与频率成正比。遏止电压与入射光频率成正比关系。

　　2、光的频率为红限ν0时，hν0=A，光子能量小于逸出功A时，不产生光电效应。

　　3、电子吸收光子能量时，几乎是瞬时的，迟延时间极短。

　　光子具有频率ν和波长λ等波动特征，同时具有能量ε和动量p等粒子特征，它们的关系是 ε=hν p=h/λ。体现了光子波粒二象性的统一。

　　二、康普顿效应(识记)

　　1923年，康普顿通过X射线被物质散射的实验进一步证实了爱因斯坦的光子概念。

　　康普顿效应是x射线被散射物质散射后，散射光偏离原入射线方向成φ角，结果散射光波长偏离原入射光波长的现象。这种效应根据光子假设很容易解释，因为光子碰撞电子后将一部分能量转移给电子，导致频率发生变化。(他的实验首先采用了石墨，后来用Ag、Li、Be、B、C、Cu等物质观测到康普顿效应确定，只要散射角φ相同，康普顿波长偏移Δλ就是定值)

　　康普顿效应进一步揭示了光的粒子性。

　　本节要注意，康普顿效应实验中，一般不用可见光，因为可见光的波长长，散射光与入射光比较波长改变很小。而采用波长短的X光则有明显的散射效应。

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