光的波動(dòng)性與粒子性

1665年，胡克最早從波的角度研究光。牛頓根據(jù)光的直線傳播提出粒子學(xué)說?！芭ｎD環(huán)”現(xiàn)象是牛頓的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)。它本來是解釋光的波動(dòng)性的表現(xiàn)，但牛頓卻用粒子觀點(diǎn)解釋這種現(xiàn)象。

他指出:難道光線不是從發(fā)光物質(zhì)發(fā)射出來的微小物體嗎？因?yàn)檫@樣的物體會(huì)沿著直線穿過均勻介質(zhì)而不會(huì)彎到影子里去。19世紀(jì)初期，托馬斯-楊提出干涉原理，解釋了光的干涉現(xiàn)象，并且測定了光的波長。但他認(rèn)為光是縱波。

菲涅耳解釋了衍射現(xiàn)象。泊松亮斑證實(shí)了光的波動(dòng)性。但波動(dòng)說無法解釋晶體雙折射和偏振現(xiàn)象。1886年10月，赫茲證明光的電磁波本質(zhì)。但是1887年赫茲在做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)射回路的電火花照射到接收回路時(shí)，會(huì)對(duì)它的接收火花產(chǎn)生影響。后來又有德國霍爾瓦克斯，俄國斯托列夫托夫進(jìn)行了相關(guān)研究。1899年，約瑟夫-湯姆孫光電流的荷質(zhì)比與陰極射線荷質(zhì)比相近。這說明光電流是與陰極射線相同的高速電子流。陽極陰極石英窗

光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出----光電子。光電子在電場作用下形成光電流。2.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明：飽和電流不僅與光強(qiáng)有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子初動(dòng)能也與頻率有關(guān)。只要頻率高于極限頻率，即使光強(qiáng)很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時(shí)，無論光強(qiáng)再大也沒有光電流。

光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。而經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時(shí)間，即需能量的積累過程。

為了解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦在能量子假說的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。1905年，愛因斯坦發(fā)表論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)試探性觀點(diǎn)》，提出光量子假說，很好地解釋了輻射的吸收與發(fā)射的問題。1923年，美國物理學(xué)家康普頓在研究x射線通過實(shí)物物質(zhì)發(fā)生散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的現(xiàn)象，即散射光中除了有原波長l0的x光外，還產(chǎn)生了波長l>l0的x光，其波長的增量隨散射角的不同而變化。這種現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)(comptoneffect)。用經(jīng)典電磁理論來解釋康普頓效應(yīng)遇到了困難。康普頓借助于愛因斯坦的光子理論，從光子與電子碰撞的角度對(duì)此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了圓滿地解釋.我國物理學(xué)家吳有訓(xùn)也曾對(duì)康普頓散射實(shí)驗(yàn)作出了杰出的貢獻(xiàn)。2.光的波動(dòng)說代表人物是惠更斯，認(rèn)為光是某種振動(dòng)，以光的形式向周圍傳播.波動(dòng)說在解釋一束光射到兩種介質(zhì)分界面處同時(shí)發(fā)生反射和折射等現(xiàn)象時(shí)很成功，然而在解釋光遇到障礙物在其后面留下清晰的影子時(shí)遇到了困難.3.光的電磁說代表人物是麥克斯韋和赫茲，認(rèn)為光是一種電磁波，從而解決了光的波動(dòng)說在傳播介質(zhì)問題上遇到的困難.然而在解釋光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)時(shí)遇到了困難.4.光的量子說代表人物是愛因斯坦，他是在普朗克提出的能量子假設(shè)的基礎(chǔ)上提出的.光子說認(rèn)為在光的發(fā)射和吸收過程中光只能一份份地發(fā)射與吸收，這一份最小能量稱為光量子，簡稱光子；能量值E＝hν.光子的靜質(zhì)量為零，動(dòng)量為p＝hν/c.光子說能圓滿解釋光