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542‘大鹏一日同风起,扶摇直上九万里’爱因斯坦和康普顿(一)
送交者: 和颜清心 2018年10月22日15:37:34 于 [教育学术] 发送悄悄话




大鹏一日同风起,扶摇直上九万里

假令风歇时下来,犹能簸却沧溟水。

时人见我恒殊调,闻余大言皆冷笑。

宣父犹能畏后生,丈夫未可轻年少。——李白

 

四、光电效应和康普顿效应


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1   年轻的爱因斯坦对“热辐射定律”的思考:

爱因斯坦在瑞士苏黎世联邦理工学院

写博士论文期间(1900年之前),

对原子振动与普朗克公式所表现的量子运动,

二者的联系,产生了浓厚的兴趣,

爱因斯坦想:

既然原子的运动与量子的热辐射有相似性,

那么,热辐射中的量子会不会,

实体上,也具有原子性呢?


 




光的能量会不会也象原子那样

成为一个“光粒子”呢?

光是否是一系列浓缩的“波包”,

而且每个“波包”的能量,

等于普朗克量子 hf 的能量?

 (  hf  即,普朗克常数 h 乘以 光的频率 f  )

爱因斯坦继续想

当电子发光时,即是产生了“光包”,

当光被吸收时,“光包”即消失了?

为了证明这些想法,

爱因斯坦‘光电效应’实验作为研究的对象。


【说明】爱因斯坦在19008月毕业于瑞士苏黎世大学,当时年仅21岁,1905年3月提出光量子假说,解决了光电效应问题。4月向苏黎世大学提出论文《分子大小的新测定法》,取得博士学位(当时26岁)。爱因斯坦于1905年在《物理年鉴》发表了四篇具有划时代意义的论文。

这一年被称为“爱因斯坦奇迹年”。后来已经是43岁时爱因斯坦才因发现光电效应原理而荣获1921年诺贝尔物理学奖。

 

2 “光电效应”的产儿

              —— 奇妙的“光量子”

 

1)发现过程


当一束光照在一块金属表面时,在一定条件下,金属的表面就会有电子逸出,就是说,出现了“”现象。光电效应就是由光产生电的效应。

‘光电效应’原是德国的赫兹


在一个论证电磁波存在的实验中被偶然发现的。




赫兹 Heinrich Hertz l8571894


 1887年,赫兹在证明电磁波存在的火花实验时发现:当有紫光照射时,电火花便出现得容易些。赫兹在论文里只是对这个现象进行了描述,并没有深究其中的原因


 赫兹去世后,他的助手勒纳德Philipp Lenard光电现象继续研究,在进行了系统实验后,证明在金属表面,电子会因某种光照而逃逸出来,并将此命名为“光电效应”。(图)




光电效应实blog.cechina.cn


弧光灯发出的光束照射到锌板时,验电器的指针会摆动。

勒纳德发现,逸出电子的速度与光强无关,而与光的频率有关,并且存在一个频率下限,低于这个下限时,就不能发生光电效应勒那德虽然发现了光电效应与照射光的频率关系,但没能解释为什么会是这样的。

1905年,在瑞士伯尔尼专利局工作的爱因斯坦(一位年仅


26岁的公务员),把他的注意力投向对光电效应深层意义的研究上,他将实验及思考的结果写成一篇名为《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的文章中。这篇文章在普朗克能量量子化基础上,提出一个新概念——光量子。爱因斯坦把组成辐射的能量子称为光量子1926年后,被称为光子”)。光量子可以很好地解释光电效应。




Albert Einstein1879 - 1955

19121915年间,美国实验物理学家密立根利用精密仪器,检验了爱因斯坦提出的光电效应现象,证明了光电效应机理的正确

 

2)为什么会产生‘光电效应’?


       A. 光的波动说无法解释光电效应:


       在光电效应被发现前,对于光的性质有两种不同的解释,一种是以牛顿为代表的微粒说,另一种是以惠更斯为代表的波动说。科学家就‘光是波、还是粒子’,进行了旷日持久的论战

 对于光电效应这样一个实验事实,

光的波动说是无法解释的 :

‘波动说’认为,光是波,波的能量是连续的,

并且,波的能量与波的振幅即强度相关,

波的能量和光的频率无关

(在经典物理学家心目中,光强代表着光的能量,频率    则跟能量没有关系)。

如果微弱的紫光,能从金属表面打出电子来,那么很强的红光,应该更能打出电子来,但事实却与此推测相反。

色彩

眼睛可以看见的光,波长大

 400 纳米nm (紫色光)~700 纳米nm (红色光)的范围 { nm,纳米,长度单位。1纳米是10 ^-9米。即纳米 是十亿分之 1 公 尺

光的波长不同,形成不同的色彩,

波长  长的偏红色;

波长短的偏蓝色

光的振幅是光亮的弱,

振幅愈大,色光愈亮,振幅愈小,色光愈暗。










 www.pep.com.cn



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