1.從這一假說開始,物理學頻繁出現與量子有關的詞彙,“量子化”、“量子數”、“量子化條件”、“量子力學”等等。對這些詞彙,初學者往往“望文生義”以至困惑不解需要強調“量子”這個詞是曆史的產物,在物理學發展的不同時期,有關詞彙所包含的意義也經曆了一個演變過程。因此應該用發展的光理解它們的實際意義。
(1)在普朗克假說之前,人類已經發現了微觀物理量如質量和電荷的變化存在基本單元這類事實,隻不過沒有使用“a子”這個詞而已。普朗克發現諧振子輻射能應該是一份一份的,但並未明確其物理意義,故稱為“量子”。這個詞的原義就是“份額”。不久,人們就認識到,所謂“量子”其實是微觀物質粒子性的表現。
(2)“量子化”概念雖來源於量子,但其意義卻遠超出量子之外。“量子化”在以後的理論中被用來表述微觀物質體係狀態的不連續變化。如某物理量隻能取一係列分立的確定值而不能.取過渡值,就說它是量子化的。此時,“量子數”已不能簡單理.解為“量子的個數”了,隻能視為用以確定各分立值的特定數字。量子數與各分立值的確定關係被稱為“量子化條件”。
(3)以普朗克和玻爾為代表的舊量子論和以德布羅意為代表的量子力學雖都被稱為量子物理,但無論從認識上訴是從方法上都存在著極大的差距。可以說,舊量子論隻是提出了量子化問題,量子力學卻解決了這個問題。
2.普朗克假說應包括兩重含意:
(1)諧振子能量的變化,即它所輻射的電磁能是量子化的,隻能取的整數倍。
(2)諧振子能態也是量子化的。
如果認真思考就會發現這兩個量子化並不是一回事。前者應於電磁能的性質,後者則屬於諧振子的性質。電磁能的量子化所反映的是光的粒子性;而諧振子的量子化就不是舊量子論所能解釋的了。現代量子力學不僅解釋了這一事實,而且求出諧振子能態應。最低能態是說明不能稱為諧振子的“能量子”,隻能稱為諧振子所輻射能量的“量子”。
【光電效應】金屬在光的作用下釋放出電子的現象。逸出孢子稱為光電子。
應注意:
嚴格區分入射光的頻率和強度這兩個因素對光電流的不同影響,不要發生混淆。這兩方麵可簡單概括為:入射光頻率管電子能量;入射光強度管逸出電子的數量。有沒有光電流,取決於電子能量是否達到作逸出功的程度,因此對入射光有截止頻率的要-求。如繼續提高頻率,隻能使逸出電子初動能增大,並不能增加電子數目。要增加逸出電子數目,必須增大入射光強度,但如果.入射光頻率太低,僅靠增大強度是不可能使光電流從無到有的。總之,改變頻率可以解決光電流有無的問題,但解決不了大小的問題;改變強度可以解決光電流大小的問題,但解決不了有無的問題。這兩個基本規律再加上“瞬時性”可稱為光電效應的三大特征。
【愛因斯坦光子假設】光是以速度c運動著的粒子流,該種粒子稱為光子。每個光子的能量大小決定於光的頻率:
應注意:
1.不要將愛因斯坦假設與普朗克假設混為一談。愛因斯坦雖受到普朗克假設的啟發,且使用了同樣的公式,但其意義:卻深遠得多。普朗克並未明確“能量子”的物理意義,愛因斯坦.則大膽突破統治光學近兩個世紀的“波動說”,明確指出光可以視為粒子,從而為人類認識微觀物質的可分割性掃除了最後一個障礙。
2.不要將愛因斯坦的光子與經典粒子概念混為一談。很早就有人提出過光的粒子說,但未成功,就是因為他們錯誤地把光看成經典粒子。在公式e=中,體現粒子性的物理量與體現波動性的物理量,由普朗克常數維係到一起,說明愛因斯坦已拋棄了傳統的“是波就不是粒子,是粒子就不是波”的形而上學觀,重新建立起以普朗克恒量為表征的光的波粒二新概念。
3.也不要將光子與實物粒子混為一談。光子的速變恒為G從相對論質量與速度關係式:可看出,光子的靜質量隻能為零,動質量才能是有限值。這是其.它實物粒子,如質子、中子、電子所沒有的特殊性質。在光電效應中,我們看到當光子將能量完全傳遞給光電子後,光子喪失了速度也就喪失了質量,最後歸於淹沒。從這個角度看,與實物粒子相比,光子的波動性表現更為突出些。
康普頓效應射線通過物質發生散射時,散射射線的波長變長的現象。
應注意以下幾點:
1.康普頓效應和光電效應都發生在光子與電子相互作用時,但情況有所不同。前者是當光的能量大到可以穿過物質時,光子與電子發生彈性碰撞,使自己損失部分能量而波長變長;後者則發生在光的能量不足以穿透物質而被物質吸收時,電子得到光子能量使自己逸出物質表麵。
康普頓效應雖然在入射光頻率較高,物質原子量較小時容易觀察到,但從理論上講,與入射光頻率和材料本身性質無關,但光電效應能否發生卻直接取決於入射光頻率和材料本身的性質。究其原因,首先應明確,散射現象本身就意味著光子能量遠大於自由電子能量。這樣,對於二者關係來說,入射光頻率的些須差別和不同物質材料中自由電子能量的不同都可以忽略不計。這就使得康普頓散射的研究對象成了一個光子和一個孤立電子的簡單碰撞體係;光電效應則不然。讀者可自己對照比較。
2.從波長改變公式可看出,波長改變量僅與散射角有關。這一現象可解釋如下:光子如正麵撞擊電子,光子被反向撞回,此時角為180°,碰撞程度最高;如側麵撞擊,cp角小於180%碰撞程度稍差。碰撞程度越高能量損失越大,波長增加越大。cp角為零實際上是並未發生碰撞,光子自然不改變方向、波長。
3.不要以為光的散射與康普頓效應是一回事。光的散射包括波長變長和不變兩種情況,康普頓效應專指波長變長現象而言。