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微观粒子的粒子性原因

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微观粒子的粒子性原因

    

    爱因斯坦的光量子理论不仅解决了光电效应的实验问题,更重要的是它促使人们对光的本性的认识有了新的飞跃。

    光是一种电磁波,具有波动性,即相干叠加性,如光的干涉、衍射等;同时光又是由一个个光子这样的粒子所构成的,故又具有粒子性。综合起来,光既有波动性,又有粒子性,即光具有波粒二象性。

    光子这种微观粒子应该具有粒子的性质,也就是说应该具有质量、能量和动量。由于光子在真空中的运动速度为光速c,需考虑到如下相对论动力学中的相关结论:

    按照光量子理论,对于一个光子:

    光子的能量

    光子的运动质量

    光子的静止质量:

    光子的动量:

    其中光子的静止质量m0=0,是因为光相对于任何惯性参考系都不会静止,其速度均为光速c,因此光子不具有静止质量。

    可见,光的波粒二象性并不是简单机械地把波动和粒子这两种经典图像合在一起,而是相互渗透地统一在同一客体上。一般来讲,光在传播过程中主要表现出波动性,比如光的干涉、光的衍射等;当光与物质相互作用时主要表现出粒子性,比如光的辐射和吸收。

    【例17-2】 用波长λ=0.35μm的紫外光照射金属钾(钾的逸出功为2.25eV)做光电效应实验。求:

    (1)紫外光光子的能量、质量和动量;

    (2)逸出光电子的最大初速度和相应的截止电压。

    解 (1)由爱因斯坦光量子理论,得

    由逸出光电子的截止电压的定义及爱因斯坦方程得

    逸出光电子的截止电压为

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