波粒二象性
- 光波可以表现得像粒子,也就是光子,而且波
- 这种现象被称为光的波粒性或波粒二象性
- 光以粒子的形式与物质(如电子)相互作用
- 这方面的证据是由光电效应
- 光以波的形式在空间中传播
- 这方面的证据来自于光的衍射和干涉杨的双缝实验
光作为粒子
- 爱因斯坦提出,光可以被描述为一种表现为粒子的能量量子,称为光子
- 光的光子模型解释了:
- 电磁波携带能量进来离散被称为光子的包
- 光子的能量根据方程E = hf进行量子化
- 在光电效应中,每个电子只能吸收一个光子——这意味着只能吸收频率高于光电的光阈值的频率会发射光电子吗
- 光的波动理论不支持阈值频率
- 波动理论认为,只要曝光时间足够长,任何频率的光都能产生光电发射
- 这是因为波动理论表明,每个电子吸收的能量会随着每一个波动而逐渐增加
- 此外,发射电子的动能应该随着辐射强度的增加而增加
- 然而,在光电效应中,这些都没有被观察到
- 如果频率高于阈值,光的强度增加,每秒就会发射更多的光电子
- 虽然波动理论为干涉和衍射等现象提供了很好的解释,但它未能解释光电效应
比较波动理论和光的粒子性质
波粒二象性:电子衍射
- 路易·德布罗意发现了物质,比如电子,可以表现为波
- 他展示了当电子束射向薄石墨薄膜时产生的衍射图样
- 衍射是波的一种性质,不能用把电子描述为粒子来解释
当电子束通过晶体结构聚焦时,可以观察到衍射图样
- 为了观察电子的衍射,它们必须通过与它们大小相似的缝隙聚焦,比如原子晶格
- 石墨薄膜是理想的,因为它水晶结构
- 晶体中原子相邻平面之间的空隙就像狭缝一样,允许电子波扩散开来,形成衍射图案
- 衍射图样在屏幕上观察为一系列的同心圆
- 这种现象类似于光通过衍射光栅时产生的衍射图样
- 如果电子扮演粒子的角色,就不会观察到某种模式,相反,粒子会均匀地分布在屏幕上
- 可以观察到,较大的加速电压会减少给定环的直径,而较低的加速电压会增加环的直径
电子衍射研究
- 电子衍射管可以用来研究电子的波动特性
- 电子在an中加速电子枪到高电位,如5000伏,然后通过石墨薄膜
- 电子从碳原子之间的缝隙中衍射,并在原子上产生圆形图案荧光屏由荧光粉制成
电子在经过石墨薄膜衍射之前,从阴极(负极)加速到阳极(正极)
- 增加阳极和阴极之间的电压会导致电子的能量和速度增加
- 电子的动能与阳极-阴极之间的电压成正比:
Ek=½mv2=电动汽车