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

量子之境 十日谈 第四日

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，

在实体上，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1900年8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“光生电”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（ l857—1894）

 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）对光电现象继续研究，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）

光电效应实验blog.cechina.cn

当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 Einstein（1879 - 1955）

1912～1915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。

【光与色彩】

眼睛可以看见的光，波长大约

在 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1 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。

光的振幅是光亮的强弱，

振幅愈大，色光愈亮，振幅愈小，色光愈暗。

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