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4. 從光電效應引發的
當光線照射在物體上時， 一部分被反射， 透明物體還會發生折射， 還有一部分被物體吸收了。而被吸收的光線， 多數變成了熱， 也有部分對物質發生一定的作用， 產生了一些效應。在這些效應中， 最有名的要算是光電效應了。
1887 年， 德國物理學家赫茲( 後人為了紀念他， 用他的名字來表示頻率的單位) 為驗證麥克斯韋的電磁波理論，
進行了一係列的實驗。赫茲用紫外光照射到有火花間隙的電極上時， 火花放電就很容易產生。後來， 人們又發現， 帶負電的鋅板被弧光燈發出的紫外線照射時， 它就會失去電荷。
進一步驗證， 發現這些電荷就是電子， 這種電子也稱為光電子。這種效應被人們稱做光電效應。
光電效應的實驗裝置很簡單， 在一個抽成真空的管子內， 管子裝有兩塊鋅板。在管壁上開一個口， 並安裝上石英窗。石英可以透過紫外線。而後， 把管子接在電池上， 並串聯一塊電流計。當紫外線照在一塊負鋅板上， 就可以發現電路中有微電流流過。
物理學家利用這樣的裝置可以測量電子的電荷與質量比( 即荷質比)， 這對於電子的發現具有重要的意義。由實驗可知， 所謂光電效應就是物質在電磁輻射時發射出光電子的現象。
科學家對光電效應實驗進行了總結， 並歸納出三條定律。然而， 根據麥克斯韋的電磁理論對這三條定律卻難以做出說明。
令人驚奇的是， 在解釋輻射傳遞現象中有那麽完美的波動說， 卻不能對光電效應中所觀察到的輻射吸收過程進行解釋。波動說又麵臨著考驗， 難道光的微粒說又要複興嗎？ 其實在光電效應上， 微粒說仍是無能為力的。
科學的發展常有這樣的事， “成也蕭何， 敗也蕭何”。光電效應發現於證實電磁波理論的實驗， 但是證實了的電磁理論反過來對光電效應的解釋卻無能為力。
光電效應的研究還要暫時放一下。德國物理學家普朗克在研究一個重要問題――黑體輻射現象。這是研究熾熱物體發射的電磁輻射的分布， 實驗的結果也同麥克斯韋的電磁理論有矛盾。
為了彌合理論與實驗的矛盾， 普朗克提出了一個假設， 即熾熱物體的輻射， 其能量是一份一份的， 這個能量值可以寫做E=hf ， 其中f 是頻率，h 是一個常數， 也叫普朗克常數。對應著， 人們把這個假設稱為普朗克假設， 或量子假設。
普朗克彌合了理論與實驗之間的矛盾， 但是卻又導致了新的矛盾。按照經典的理論， 能量的值不應該是隻能選取某些能量值， 不能選取別的能量值。
普朗克的假設有什麽意義呢？ 科學家都以懷疑的眼光看著它， 就連普朗克也難以做出適當的說明。這樣， 有些科學家開玩笑說， 普朗克就像一個偷看別人作業的小孩。那個小孩的答案是錯的， 但普朗克沒有看清楚， 急切之中卻碰巧抄上一個“正確的”答案。所以， 人們隻是把普朗克的量子假設看做解釋黑體輻射實驗的權宜之計。不過， 這個假設注定要在20 世紀物理學發展上產生深遠的影響， 這是人們難以預料的。
年青的愛因斯坦注意到光電效應中的“反常”現象， 並且看出了普朗克的量子假設與光電效應有關。
愛因斯坦認為， 照射到物體( 如鋅板) 表麵的光輻射由光子組成。物體吸收一個光子， 光子的能量hf 就轉移到物體表麵的一個電子上。然而， 電子隻吸收到一定的能量才能脫離原子的束縛， 這個能量值叫脫出功。根據能量守恒原理， 光子的能量首先要對原子做功， 使電子從原子脫出， 剩餘的能量變為脫離原子束縛的電子動能。
愛因斯坦為光電效應歸納出一個方程：
1 mv2=hf -W2
2m 和v 是電子的質量和速度， 12 mv是電子動能，W是電子逃離物體表麵的脫出功。這個方程也叫做愛因斯坦光電效應方程。
從方程可以看到， 不管光的強度有多大， 如果光的頻率低， 它就不能使電子脫離物體的表麵。也就是說， hf< W 時， 不管光子有多少， 光電子也不能發射出去。
愛因斯坦的光子假設是普朗克量子假設的一個合乎邏輯的推廣。這個理論對波動說是一個發展， 即光具有波動的一麵， 又有粒子的一麵。所以， 光具有二重性， 這叫做光的波粒二象性。一般來說， 輻射能是由光子輸送的， 而光子的路徑卻由波動場所導引。到此為止， 關於光的本性的爭論， 從17 世紀開始已有200 多年了， 愛因斯坦關於波粒二象性的理論為他們的爭論劃上了一個圓滿的句號。愛因斯坦關於光電效應的研究具有重要的意義， 為此他獲得了1921 年諾貝爾物理獎。
光子學說的成功， 使光的微粒說在量子的基礎上獲得了複興。一般來說， 光在傳播過程中主要表現出波動性， 而光與物質發生相互作用時， 則較多地顯示出粒子性。這說明，
光在不同的過程中， 光是以不同“身份”出現的。這就像一個已婚的男子， 在學校中他是以老師的身份出現， 而回到家中則以父親的身份出現。
光的波粒二象性思想使人們對光的本性的認識躍上了一個新的台階。同時， 它也促使物理學家在微觀世界的探索中對“物質的本性”進行積極的思考。
約在1924 年， 法國物理學家德布羅意提出了一種新的物質觀點。既然通常表現出波動性質的光也具有粒子性質，
那麽通常表現出粒子性質的物質( 如電子、質子等)， 是否也應具有波動性質呢？ 幾年之後， 英美的物理學家從實驗上證實了德布羅意的想法。德布羅意也因此獲得了1929 年的諾貝爾物理獎。
德布羅意關於物質的波粒二象性思想具有很重要的意義。應用物質波的概念研究物質結構， 導致波動力學的建立。
1887 年， 德國物理學家赫茲( 後人為了紀念他， 用他的名字來表示頻率的單位) 為驗證麥克斯韋的電磁波理論，
進行了一係列的實驗。赫茲用紫外光照射到有火花間隙的電極上時， 火花放電就很容易產生。後來， 人們又發現， 帶負電的鋅板被弧光燈發出的紫外線照射時， 它就會失去電荷。
進一步驗證， 發現這些電荷就是電子， 這種電子也稱為光電子。這種效應被人們稱做光電效應。
光電效應的實驗裝置很簡單， 在一個抽成真空的管子內， 管子裝有兩塊鋅板。在管壁上開一個口， 並安裝上石英窗。石英可以透過紫外線。而後， 把管子接在電池上， 並串聯一塊電流計。當紫外線照在一塊負鋅板上， 就可以發現電路中有微電流流過。
物理學家利用這樣的裝置可以測量電子的電荷與質量比( 即荷質比)， 這對於電子的發現具有重要的意義。由實驗可知， 所謂光電效應就是物質在電磁輻射時發射出光電子的現象。
科學家對光電效應實驗進行了總結， 並歸納出三條定律。然而， 根據麥克斯韋的電磁理論對這三條定律卻難以做出說明。
令人驚奇的是， 在解釋輻射傳遞現象中有那麽完美的波動說， 卻不能對光電效應中所觀察到的輻射吸收過程進行解釋。波動說又麵臨著考驗， 難道光的微粒說又要複興嗎？ 其實在光電效應上， 微粒說仍是無能為力的。
科學的發展常有這樣的事， “成也蕭何， 敗也蕭何”。光電效應發現於證實電磁波理論的實驗， 但是證實了的電磁理論反過來對光電效應的解釋卻無能為力。
光電效應的研究還要暫時放一下。德國物理學家普朗克在研究一個重要問題――黑體輻射現象。這是研究熾熱物體發射的電磁輻射的分布， 實驗的結果也同麥克斯韋的電磁理論有矛盾。
為了彌合理論與實驗的矛盾， 普朗克提出了一個假設， 即熾熱物體的輻射， 其能量是一份一份的， 這個能量值可以寫做E=hf ， 其中f 是頻率，h 是一個常數， 也叫普朗克常數。對應著， 人們把這個假設稱為普朗克假設， 或量子假設。
普朗克彌合了理論與實驗之間的矛盾， 但是卻又導致了新的矛盾。按照經典的理論， 能量的值不應該是隻能選取某些能量值， 不能選取別的能量值。
普朗克的假設有什麽意義呢？ 科學家都以懷疑的眼光看著它， 就連普朗克也難以做出適當的說明。這樣， 有些科學家開玩笑說， 普朗克就像一個偷看別人作業的小孩。那個小孩的答案是錯的， 但普朗克沒有看清楚， 急切之中卻碰巧抄上一個“正確的”答案。所以， 人們隻是把普朗克的量子假設看做解釋黑體輻射實驗的權宜之計。不過， 這個假設注定要在20 世紀物理學發展上產生深遠的影響， 這是人們難以預料的。
年青的愛因斯坦注意到光電效應中的“反常”現象， 並且看出了普朗克的量子假設與光電效應有關。
愛因斯坦認為， 照射到物體( 如鋅板) 表麵的光輻射由光子組成。物體吸收一個光子， 光子的能量hf 就轉移到物體表麵的一個電子上。然而， 電子隻吸收到一定的能量才能脫離原子的束縛， 這個能量值叫脫出功。根據能量守恒原理， 光子的能量首先要對原子做功， 使電子從原子脫出， 剩餘的能量變為脫離原子束縛的電子動能。
愛因斯坦為光電效應歸納出一個方程：
1 mv2=hf -W2
2m 和v 是電子的質量和速度， 12 mv是電子動能，W是電子逃離物體表麵的脫出功。這個方程也叫做愛因斯坦光電效應方程。
從方程可以看到， 不管光的強度有多大， 如果光的頻率低， 它就不能使電子脫離物體的表麵。也就是說， hf< W 時， 不管光子有多少， 光電子也不能發射出去。
愛因斯坦的光子假設是普朗克量子假設的一個合乎邏輯的推廣。這個理論對波動說是一個發展， 即光具有波動的一麵， 又有粒子的一麵。所以， 光具有二重性， 這叫做光的波粒二象性。一般來說， 輻射能是由光子輸送的， 而光子的路徑卻由波動場所導引。到此為止， 關於光的本性的爭論， 從17 世紀開始已有200 多年了， 愛因斯坦關於波粒二象性的理論為他們的爭論劃上了一個圓滿的句號。愛因斯坦關於光電效應的研究具有重要的意義， 為此他獲得了1921 年諾貝爾物理獎。
光子學說的成功， 使光的微粒說在量子的基礎上獲得了複興。一般來說， 光在傳播過程中主要表現出波動性， 而光與物質發生相互作用時， 則較多地顯示出粒子性。這說明，
光在不同的過程中， 光是以不同“身份”出現的。這就像一個已婚的男子， 在學校中他是以老師的身份出現， 而回到家中則以父親的身份出現。
光的波粒二象性思想使人們對光的本性的認識躍上了一個新的台階。同時， 它也促使物理學家在微觀世界的探索中對“物質的本性”進行積極的思考。
約在1924 年， 法國物理學家德布羅意提出了一種新的物質觀點。既然通常表現出波動性質的光也具有粒子性質，
那麽通常表現出粒子性質的物質( 如電子、質子等)， 是否也應具有波動性質呢？ 幾年之後， 英美的物理學家從實驗上證實了德布羅意的想法。德布羅意也因此獲得了1929 年的諾貝爾物理獎。
德布羅意關於物質的波粒二象性思想具有很重要的意義。應用物質波的概念研究物質結構， 導致波動力學的建立。
