光的波动性:Alevel物理波粒二象性(光电效应!)

持续了近500年的光的波动性就这样影响了几代人,而对于波的粒子性,人们并没有停止探索,在经典电磁学的理论基础下,人们很难再找到出口来解释光的粒子性,直到20世纪初期,高频单色光射入金属表面,电子从表面逸出,人们才开始继续深入探讨光的粒子性。

没错,这就在Alevel第二年部分我们要学到的光电效应!

☝(Photoelectric effect)

在研究光电效应的时候我们发现有一系列很奇怪的现象:

电子从金属表面逸出,和光照强度并没有关系,而溢出电子的多少只和射出光线的频率有关系,最令人称奇的是,在光照的频率没有达到一定的阀值的时候是不会有电子逸出的。

所以人们根据这个关系得到了光电效应的表达式:K=hf-φ

其中h称之为普朗克常量,φ为逸出功

1905年,爱因斯坦发表关于光的转化的启发式观点的论文,对于这里实验,他进一步提出,光的传递可以像粒子一样流动,并且在这个过程中粒子是携带能量的,这些能量通过撞击电子,将能量传递给电子,从而解释了光电效应,他认为:

入射光线的强度低,就意味着光子的数量少,而入射光线的频率决定了每一个光子的能量,所以这就可以解释为什么逸出功取决于频率,因为光的强度决定了光子碰撞金属的数量,却不能决定每个光子的能量;同时光子碰撞电子是瞬时的,在电子获得了足够的能量的时候就可以逃离金属,但是如果光子能量不够,电子不会因为长时间的光照,或者强度的增加而离开金属表面,因为能量传递是一瞬间的,所以这个理论完美的解释了光的粒子论。

这个伟大的假设,在1921年,由康普顿通过散射实验,完全验证了爱因斯坦的假设,他发现在光子和电子在进行碰撞的时候类似于粒子的碰撞,这在某种程度上说明光确实既具有粒子的特性,同时还具有波的特性。

至此,关于光的粒子特性就全部解释完了,加之之前介绍的光的波动性,我们完成了对于波粒二象性的全部解释,这也是我们在Alevel中对于光的波粒二象性的解释。

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