干涉.衍射和偏振表明光是一种波,光电效应和康普顿效应表明光是一种粒子,因此现代物理学认为:光具有波粒二象性.——青夏教育精英家教网—

1、　　干涉、衍射和偏振表明光是一种波；光电效应和康普顿效应表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。

光子在介质中和物质微粒相互作用，可能使得光的传播方向转向任何方向(不是反射)，这种现象叫做光的散射。

在研究电子对X射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略大。康普顿认为这是因为光子不仅有能量，也具有动量。实验结果证明这个设想是正确的。因此康普顿效应也证明了光具有粒子性。

2．光子说却能很好地解释光电效应．光子说认为：

　　 (1)空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子．

　　 (2)光子的能量跟它的频率成正比，即 E＝hγ＝hc／λ 式中的h叫做普朗克恒量，h＝6．610^＿³⁴J·s．

爱因斯坦利用光子说解释光电效应过程：入射光照到金属上，有些光子被电子吸收，有些没有被电子吸收；吸收了光子的电子(a、b、c、e、g)动能变大，可能向各个方向运动；有些电子射出金属表面成为光电子(b、c、g)，有些没射出(a、e)；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力做的功最少(g)，飞出时动能最大。

如果入射光子的能量比这个功的最小值还小，那就不能发生光电效应。这就解释了极限频率的存在；由于光电效应是由一个个光子单独引起的，因此从有光照射到有光电子飞出的时间与照射光的强度无关，几乎是瞬时的。这就解释了光电效应的瞬时性。

(3)爱因斯坦光电效应方程：E_k=hγ－W(E_k是光电子的最大初动能；W是逸出功，既从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。)

说明：(1)光电效应现象是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能足以克服金属离子的引力而逃逸出金属表面，成为光电子．不要将光子和光电子看成同一粒子．

(2)对一定的金属来说，逸出功是一定的．照射光的频率越大，光子的能量越大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大．如果入射粒子的频率较低，它的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因．

[例2]．用某种频率的紫外线分别照射铯、锌、铂三种金属，从铯中发射出的光电子的最大初动能是2．9eV，从锌中发射出的光电子的最大初动能是1．4eV，铂没有光电子射出，则对这三种金属逸出功大小的判断，下列结论正确的是(　　　　　 )

　　 A．铯的逸出功最大，铂的逸出功最小　　 B．锌的逸出功最大，铂的逸出功最小

　　 C．铂的逸出功最大，铯的逸出功最小　　 D．铂的逸出功最大，锌的逸出功最小

解析：根据爱因斯坦光电效应方程：½mv_m²＝hγ一W．当照射光的频率一定时，光子的能量hγ就是一个定值，在光电效应中的所产生的光电子的最大初动能等于光子的能量减去金属的逸出功．最大初动能越大，说明这种金属的电子逸出功越小，若没有光电子射出，说明光子的能量小于电子的逸出功．因此说铂的逸出功最大，而铯的逸出功最小．　　答案：c

[例3]入射光线照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么以下说法中正确的是(　　　)

　　 A．从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加

　　 B．逸出的光电子的最大初动能减小

　　 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小

　　 D．有可能不发生光电效应

解析：入射光的强度，是指单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，“入射光的强度减弱而频率不变，”表示单位时间内到达同一金属表面的光子数目减少而每个光子的能量不变

　　根据对光电效应的研究，只要入射光的频率大于金属的极限频率，那么当入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是同时完成的，与入射光的强度无关．

　　具有最大初动能的光电子，是来自金属最表层的电子，当它们吸收了光子的能量后，只要大于金属的逸出功而能摆脱原子核的束缚，就能成为光电子，当光子的能量不变时，光电子的最大初动能也不变．

　当入射光强度减弱时，仍有光电子从金属表面逸出，但单位时间内逸出的光电子数目也会减少．答案：C

1．光电效应规律中(1)、(2)、(4)条是经典的光的波动理论不能解释的，

(1) 极限频率ν0 光的强度由光波的振幅A决定，跟频率无关，

只要入射光足够强或照射时间足够长，就应该能发生光电效应．

(2) 光电子的最大初动能与光强无关，

(3)波动理论还解释不了光电效应发生的时间之短10^-9s　　　

能量积累是需要时间的

24．在实验室做了一个这样的光学实验，即在一个密闭的暗箱里依次放上小灯泡(紧靠暗箱的左内壁)、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片(紧靠暗箱的右内壁)，整个装置如图所示，小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在感光胶片上针头影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．对感光胶片进行了光能量测量，得出每秒到达感光胶片的光能量是5×10^-13J.假如起作用的光波波长约为500 nm，且当时实验测得暗箱的长度为1. 2 m，若光子依次通过狭缝，普朗克常量h=6. 63×10^-34J·s．求：

(1)每秒钟到达感光胶片的光子数；

(2)光束中相邻两光子到达感光胶片相隔的时间和相邻两光子之间的平均距离；

(3)根据第(2)问的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？请简要说明理由．