光的粒子性

光到底是什麼，為此科學家們爭論了幾百年，從牛頓的「微粒說」，到託馬斯.楊和涅菲爾的波動說，現在認為光具有波動性和粒子性，即光具有波粒二象性。

光的本性歷史回顧

光電效應

照到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出，這種現象稱為光電效應。

光電效應實驗

光電效應實驗電路圖

實驗規律 ：

1、存在著飽和電流，在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨於一個飽和值。也就是說，在電流較小時電流隨著電壓的增大而增大；但當電流增大到一定之後，即使電壓再增大，電流也不會增大。

2、存在著遏止電壓和截止頻率，當所加的電壓U為0時，電流I並不為零。只有施加反向電壓，也就是陰極接電源正極、陽極接電源負極，在光電管兩極形成使減速的電場，電流才有可能為0。使光電流減小到零的反向電壓Uc稱為遏止電壓，遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的初速度，初速度的上限Vc應該滿足以下關係：

3、實驗還表明，對於一定顏色頻率的光，無論光照強度如何，遏止電壓電壓都是一樣的。當光的頻率ν改變時，遏止電壓Uc也會改變。這表明光電子的能量只與入射光的頻率有關，與入射光的強弱無光。入射光的頻率越高，光電子的最大初動能越大。

4、實驗中還有一個驚人的發現，當入射光頻率減小到某一數值Vc時，即使不施加反向電壓也沒有光電流，這說明已經沒有光電子了。這個頻率Vc我們稱為截止頻率或者極限頻率。這說明，當入射光的頻率低於截止頻率時不會發生光電效應。實驗還表面，不同金屬的截止頻率不同。

5、光電效應具有瞬時性，當頻率超過截止頻率Vc時，無論入射光怎樣微弱，幾乎在照到金屬時立即產生光電流，即光電效應幾乎是瞬時的。

光電效應解釋中的疑難

經典理論認為光的強度反映光的能量，光越強光的能量越大，光越強，逸出的電子數越多，光電流也就越大。光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓Uc應與光的強弱有關。但實驗表明：對於一定顏色(頻率)的光， 無論光的強弱如何，遏止電壓是一樣的。

經典理論認為不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率，但實驗結果卻存在截止頻率。

如果光很弱，按經典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量。但光電效應幾乎是瞬時發生的。

愛因斯坦的光量子假設

為了解釋光電效應，愛因斯坦認為光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子後來被稱為光子。

E=hν

h為普朗克常量，ν為光的頻率。

按照愛因斯坦的理論，在光電效應中，金屬的電子吸收一個光子獲得的能量是hv，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功Wo，剩下的表現為逸出功後的電子的初動能Ek，即：

這就是著名的光電效應方程，其中hv表示頻率為v的光子的頻率，Ek表示光電子的最大初動能，Wo表示克服金屬的逸出功。

光電效應方程對光電效應的解釋

1、光強較大時，包含的光子數較多，照射金屬時產生的光電子多，因而飽和電流大。

2、愛因斯坦方程表明，光電子的初動能Ek與入射光的頻率成線性關係，頻率越大最大初動能越大，與光強無關。

3、只有當hν>W0時，才有光電子逸出，ν=Wo/h就是光電效應的截止頻率。

4、電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時發生的。

最後，美國物理學家密立根經過十年之久的實驗，證實了愛因斯坦光電效應方式的正確性，1921年愛因斯坦因發現了光電效應的規律而獲得了諾貝爾物理學獎。

光電效應說明光子和其他粒子一樣，具有能量，說明了光具有粒子性。

康普頓效應

光子的動量

由質能方程，可以質量m與能量E的關係：E=mc²。

又由一個光子的能量E=hv。

聯立上面兩式可得m=hv/c²。

根據c/v=λ，p=mv

最終可得p=h/λ(此公式說明光具有波粒二象性)

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