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光的粒子性光的波粒二象性現(xiàn)象與思考光的粒子性光的波粒二象性現(xiàn)象與思考

光的干涉，衍射等現(xiàn)象使我們認識了光的波動性。在光的波動理論建立以后，人們從實驗中又發(fā)現(xiàn)了光的波動理論解釋不了的現(xiàn)象——光電效應。經(jīng)過研究，愛因斯坦又把光看成粒子，用他提出的光量子理論成功的解釋了光電效應試驗。那么，光的本性是什么？光到底是粒子還是波？一、光的粒子性1.光電效應

讓帶負電的鋅版與驗電器連接，驗電器指針偏轉(zhuǎn)一定角度。紫外線

用紫外線照射鋅版，驗電器原來偏轉(zhuǎn)的指針閉合。

鋅板受到紫外線照射時，光使電子從鋅板表面逸出。

⑴概念物體在光（從可見光到γ

射線）的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象，稱為光電效應，如視頻11.6-1，發(fā)射出來的電子稱為光電子。光電效應的現(xiàn)象視頻11.6-1

⑵光電效應實驗

1888

年，俄國物理學家斯托列夫用圖

11.6-1所示的實驗電路研究了光電效應的規(guī)律。VAKSG圖

11.6-1光電效應實驗VAKSG

圖

11.6-2中

S

是一個抽成真空的玻璃容器，容器中裝有陰極

K（金屬板）和陽極

A，C

為石英小窗。當光線透過石英小窗照射在陰極

K

上時，從電流計上可以看到有電流通過，這些被光照射產(chǎn)生的光電子在電場作用下不斷由陰極

K

流向陽極

A

形成的電流成為光電流。圖

11.6-2光電效應原理

⑶

光電效應的基本規(guī)律

①對于每一種金屬，只有在高于某一頻率的光照射時，才能產(chǎn)生光電效應，這個頻率，稱為該金屬的截止頻率。②入射光的頻率大于截止頻率時，光電流的大小與入射光的強度成正比。③光電子的初動能只與入射光的頻率呈線性關系，而與入射光的強度無關。④光電效應具有瞬時性，只要有大于截止頻率的光照射到金屬上，光電子立即發(fā)射出來，時間相差不到

。

2.光的粒子性的提出

⑴光電效應證明光具有粒子性。

⑶內(nèi)容光是有大量以光速運動的粒子組成的粒子流，這些粒子稱為光量子或光子。每個光子的能量

E

與它的頻率

成正比，即

⑵1905

年愛因斯坦在德國物理學家普朗克關于電磁輻射能量量子化的啟發(fā)下，提出了光的量子理論。他認為光是有大量以光速運動的粒子組成的粒子流。式子

h

是普朗克常量。

⑷按照這個觀點，頻率為的光的能量只能是

的整數(shù)倍，光的能量是這種光的能量的最小單位，稱為光的能量的量子化。

3.愛因斯坦方程⑴逸出功

電子克服原子核的束縛，從金屬表面逸出所需的最小能量，稱為逸出功。

⑵能量在輻射、傳播和吸收的過程中是一份一份的、不連續(xù)的、每份的能量等于

hv。在光電效應中，一個電子只吸收一個光子，一部分用來提供逸出功，一部分用來提供它的初動能。

⑶愛因斯坦方程

是入射光子能量，W是金屬的逸出功，

是光電子的初動能。它定量地說明了發(fā)生光電效應時的能量關系。

例題

已知銫的截止頻率為

,若波長為

的光照射在銫上，能否發(fā)生光電效應？為什么？

如能發(fā)生，試求金屬銫的逸出功和光電子的初速度？

所以可以發(fā)生光電效應。金屬的逸出功與其截止頻率相對應。利用愛因斯坦方程，令初動能為零，則逸出功為解：已知，則，

已知電子質(zhì)量為

，則光電子的初

速度為

光電子的初動能為二、光的波粒二象性光的波粒二象性的實驗（動畫）光既有波動性，又具有粒子性。

1.

光既有波動性，又具有粒子性，但光子與實物粒子有著本質(zhì)的區(qū)別。

比如光子始終以光速運動，而任何實物粒子的運動都不可能達到光速。相對論證明，光子的靜止質(zhì)量為零，運動質(zhì)量為但光子的能量，與光波的頻率有關，說明光的波動性和粒子性有著緊密的聯(lián)系。無法只用其中一種觀點去說明光的一切行為。

2.

光是電磁場這種特殊物質(zhì)的一種運動形式，它既有波動性，又具有粒子性，我們把這種現(xiàn)象稱為光的波粒二象性。⑴光在傳播過程中，主要表現(xiàn)波動性。⑵光與其他物質(zhì)相互作用時，粒子性比較顯著。

⑶光的波粒二象性說明光既不是宏觀概念中的波，也不是宏觀概念中的微粒。⑷光是一系列具有波動性、不連續(xù)的光子流。3.

波粒二象性是微觀客體的一個基本性質(zhì)

1924

年，法國科學家德布羅意大膽地設想一切微粒都具有波粒一象性，還給出了表征其粒子性與波動性相聯(lián)系的能量

E

和動量

p

的關系式。練習

1.什么叫光電效應？發(fā)生光電效應的條件是什么？

答：物體在光（從可見光到γ射線）的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象，稱為光電效應。

對于每一種金屬，只有在高于其截止頻率光照射時，才能產(chǎn)生光電效應。

2.愛因斯坦的光量子理論認為：光是由大量以____運動的粒子組成的粒子流，這些粒子稱為光子，每個光子的能量等于________。光速E