第十七章波粒二象性

第十七章波粒二象性

§1 能量量子化

一热辐射

1.热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体温度有关，所以叫做热辐射。

2.黑体：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。

PS：黑体不一定是黑的。

3.黑体辐射实验规律：

辐射电磁波的强度按波长的分布至于黑体温度有关
温度升高，各种波长的辐射强度都有增加
辐射强度的最大值向波长较短的方向移动

二能量子

1.能量子：震动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值\(\varepsilon\)的整数倍。即能的辐射或吸收只能是一份一份的，这个不可再分的最小能量值\(\varepsilon\)叫做能量子。

2.能量子公式：\(\varepsilon=hv\),其中\(v\)是电磁波的频率，\(h\)称为普朗克的常量。 \(h=6.626*10^{-34}J*S\),(一般取\(h=6.63*10^{-34}J*S\)）。

§2 光的粒子性

一光电效应

1.定义：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。

2.光电子：光电效应发射出来的电子。

3.光电效应的实验规律：

存在着饱和电流；光的频率不变时，入射光越强，饱和电流越大；（光的强度越大，单位时间内照射到光电管上的光子数越多。）
存在着遏止电压和截至频率；每种金属都存在一个截至频率，入射光的频率大于或等于截止频率时，才能发生光电效应；反向电压达到某一数值时，光电流为零，遏止电压与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，
光电效应具有瞬时性。

4.逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功，用\(W_0\)表示，不同金属的逸出功不同。

二爱因斯坦的光电效应方程

1.光子说：光本身就是由一个个不仅可分割的能量子组成的,频率为\(v\)的光的能量子为\(hv\),\(h\)为普朗克常量，这些能量子称为光子。

2.光电效应方程：\(E_k=hv-W_0\)。

爱因斯坦方程表明，光电子的最大初动能\(E_k\)与入射光的频率\(v\)有关，而与光的强弱无关。只有当\(hv>W_0\)时，才有光电子逸出，\(v_c=W_0/h\)就是光电效应的截止频率。
电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的。
对于同种颜色（频率\(v\)想同）的光，光较强时，包含的光子数较多，照射金属是产生的光电子较多，因而饱和电流较大。
能量为\(E=hv\)的光子被电子所吸收，电子把这些能量一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面的动能。
光电子的最大初动能：\(E_k=hv-W_0\)。

三康普顿效应

1.康普顿效应：康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长\(\lambda_0\)相同的成分之外，还有波长大于\(\lambda_0\)的成分，这个现象称为康普顿效应。

2.意义：深入揭示了光的粒子性的一面，表明光子除了具有能量之外还具有动量。

3.光子的动量：\(p=h/v\)，其中\(h\)为普朗克常量，\(\lambda\)为光的波长。

PS：

1.光电流，光电效应现象中光电流存在饱和值（从阴极发射出的电子全都被拉向阳极的状态），其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极的电压有关，只有在光电流在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。

2两个决定关系：

逸出功\(W_0\)一定时，入射光的频率决定着是否能产生光电效应以及光电子的最大初动能。
入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。

3.光电子是电子。

§3 粒子的波动性概率波

一光的波粒二象性

光既具有波动性（干涉，衍射，偏振），又具有粒子性（光电效应，康普顿效应）。

\(p=h/v\) \(\varepsilon=hv\)

\(h\)架起了粒子性与波动性的桥梁。

PS：

大量光子的行为体现波动性，个别光子的行为体现粒子性；频率越低的波长越长的光，波动性越显著；频率越高波长越长的光，粒子性越显著。

二实物粒子的波动性

德布罗意提出：实物粒子也有波动性。

粒子的能量\(\varepsilon\)和动量\(p\)和它所对应的波的频率\(v\)和波长\(\lambda\)也像光子和光波一样，遵从如下关系：

\(v=\varepsilon/h\) \(\lambda=h/p\)

这种与实物粒子相联系的波叫德布罗意波，也叫物质波。

三物质波

1.概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波是一种概率波。

ps：光波，物质波（德罗布意波）都是概率波。

2.物质波：任何一个运动的物体，小到微观粒子，大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长\(\lambda=h/p\),这种波叫物质波。

3.物质波的实验验证：电子束的衍射实验证实了实物粒子具有波动性。

四不确定关系（测不准原理）

\(∆x·∆p>=h/4\Pi\)。