6: 光子和物质波
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在本章中，您将了解能量量子，这是德国物理学家马克斯·普朗克在1900年为解释黑体辐射而引入的概念。 我们将讨论阿尔伯特·爱因斯坦如何将普朗克的概念扩展到光量子（“光子”）来解释光电效应。 我们还展示了美国物理学家亚瑟·康普顿如何在 1923 年使用光子概念来解释 X 射线中观察到的波长变化。 在讨论了玻尔的氢气模型之后，我们描述了路易斯·维克托·德·布罗格利在1924年如何假设物质波来证明玻尔模型的合理性，并研究了克林顿·戴维森和莱斯特·格默在1923—1927年进行的证实德布罗格利物质波存在的实验。
- 6.1: 光子和物质波前奏
- 二十世纪最具革命性的两个概念是将光描述为粒子的集合，以及将粒子视为波浪。 物质的这些波浪特性促使人们发现了诸如电子显微镜之类的技术，它使我们能够检查诸如花粉颗粒之类的亚微观物体，如上所示。
- 6.2: 黑体辐射
- 所有身体都散发出能量。 人体发出的辐射量取决于其温度。 实验性维也纳位移定律指出，人体越热，辐射曲线中与发射峰值对应的波长越短。 实验斯特凡定律指出，在给定温度下，在整个波长光谱上发射的辐射总功率与辐射体开尔文温度的第四次功率成正比。
- 6.3: 光电效应
- 当光电效应响应入射到金属表面的单色辐射而从金属表面喷射出时，就会发生光电效应。 它有三个特征：（1）它是瞬时的，（2）只有在辐射高于截止频率时才会发生，（3）表面光电子的动能不取决于辐射强度。 光电效应无法用经典理论来解释。
- 6.4: 康普顿效应
- 康普顿效应是指当X射线散射在某些材料上时观察到的异常结果的术语。 根据经典理论，当电磁波从原子上散射时，散射辐射的波长应与入射辐射的波长相同。 与经典物理学的这种预测相反，观察结果表明，当X射线从某些材料（例如石墨）上散射出来时，散射的X射线的波长与波长不同
- 6.5: 玻尔的氢原子模型
- 经典物理学无法解释原子氢的光谱。 玻尔氢模型是第一个正确解释原子氢辐射光谱的原子结构模型。 在此之前是卢瑟福的原子核模型。 在卢瑟福的模型中，原子由一个带正电荷的点状原子核组成，该原子核几乎包含原子的全部质量和位于远离原子核的负电子。
- 6.6: De Broglie 的 Matter Waves
- 根据德布罗格利的假设，无质量光子和大粒子必须满足一组常见的关系，即将能量 E 与频率 f 连接起来，将线性动量 p 与波长 l 连接起来
- 6.7: 波粒二元性
- 波粒二元性存在于自然界中：在某些实验条件下，粒子充当粒子；在其他实验条件下，粒子充当波浪。 相反，在某些物理环境下，电磁辐射充当波浪，而在其他物理环境下，辐射充当光子束。 现代时代的电子双缝实验最终证明，电子衍射图像的形成是由于电子的波浪性质。
缩略图：研究光电效应的实验装置。 阳极和阴极封闭在真空玻璃管中。 电压表测量电极之间的电位差，电流表测量光电流。 入射辐射是单色的。