本章介紹了一些新的實驗事實如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)，氫原子光譜等，這些實驗的規(guī)律用經(jīng)典物理理論是無法解釋的，只有普朗克、愛因斯坦、玻爾的量子理論才突破了經(jīng)典理論的束縛，解釋了這些事實。由于量子理論相對高深，因此學習本章時我們偏重于識記與了解，對理論計算的要求不高。本章重點是量子理論的基本知識、光的波粒二象性、物質(zhì)粒子的波粒二象性。

　　一、光電效應(yīng)、愛因斯坦方程（識記）

　　概括起來，光電效應(yīng)的實驗規(guī)律是：

　　對于某種金屬，只要大于該金屬“紅限”頻率的光照射時（幾乎是瞬時的）就有光電子逸出；如果光的頻率低于“紅限”，則無論光強多大都不會有光電子逸出；光電子的初動能只與入射光的頻率有關(guān)，二者成線性關(guān)系；入射光的強度只影響光電子數(shù)目，入射光強度與飽和光電流大小成正比。

　　除了最后一點外，其他實驗實事都無法用經(jīng)典波動理論來解釋，為了解釋這一現(xiàn)象，愛因斯坦提出光子假設(shè)：光束是一粒粒的以光速c運動的粒子流，這些粒子流稱為光子；每個光子具有的能量是由ε=hν決定。h為普朗克常數(shù)。

　　根據(jù)光電效應(yīng)能量關(guān)系分析得到的愛因斯坦公式：

　　hν=mv2m/2+A

　　這個公式表明：1、每個電子吸收一個光子時所得能量與光強無關(guān)，但與頻率成正比。遏止電壓與入射光頻率成正比關(guān)系。

　　2、光的頻率為紅限ν0時，hν0=A，光子能量小于逸出功A時，不產(chǎn)生光電效應(yīng)。

　　3、電子吸收光子能量時，幾乎是瞬時的，遲延時間極短。

　　光子具有頻率ν和波長λ等波動特征，同時具有能量ε和動量p等粒子特征，它們的關(guān)系是 ε=hν p=h/λ。體現(xiàn)了光子波粒二象性的統(tǒng)一。

　　二、康普頓效應(yīng)（識記）

　　1923年，康普頓通過X射線被物質(zhì)散射的實驗進一步證實了愛因斯坦的光子概念。

　　康普頓效應(yīng)是x射線被散射物質(zhì)散射后，散射光偏離原入射線方向成φ角，結(jié)果散射光波長偏離原入射光波長的現(xiàn)象。這種效應(yīng)根據(jù)光子假設(shè)很容易解釋，因為光子碰撞電子后將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，導致頻率發(fā)生變化。（他的實驗首先采用了石墨，后來用Ag、Li、Be、B、C、Cu等物質(zhì)觀測到康普頓效應(yīng)確定，只要散射角φ相同，康普頓波長偏移Δλ就是定值）

　　康普頓效應(yīng)進一步揭示了光的粒子性。

　　本節(jié)要注意，康普頓效應(yīng)實驗中，一般不用可見光，因為可見光的波長長，散射光與入射光比較波長改變很小。而采用波長短的X光則有明顯的散射效應(yīng)。

　　三、氫原子光譜（識記）

　　液體、固體等密體型物質(zhì)發(fā)出的光是各種波長的連續(xù)光譜。但是氫原子光譜實驗表明，氣體原子發(fā)出的光，并不是連續(xù)光譜而是具有分立頻率的線光譜。它的規(guī)律是：

　　1、從紅光到紫外光，有一系列分立的譜線。

　　2、紅端譜線稀、紫端譜線密、紫外更密。

　　3、存在一個界限稱線系限，波長小于線系限部分有一段連續(xù)紫外光譜。

　　這個實驗現(xiàn)象也是經(jīng)典電磁理論無法解釋的，丹麥物理學家玻爾波爾提出三條基本假設(shè)：

　　1、穩(wěn)定態(tài)假設(shè)

　　2、頻率條件ν=（EnEk）/h

　　3、量子化條件 ：電子角動量L=nh/2π

　　波爾理論認為只有當原子從一個具有較大能量的定態(tài)躍遷到另一個較低能量的定態(tài)時，原子才輻射單色光。原子能級中能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，其他能量大于基態(tài)的能級狀態(tài)自下而上依次稱為第一受激態(tài)、第二受激態(tài)等，也就是當原子從高能級向低能級躍遷時發(fā)光，反之則吸收光子。這個理論較好的解釋了氫原子光譜實驗結(jié)果。

　　四、德布羅意波（識記）

　　德布羅意在光的波粒二象性的啟發(fā)下推論，實物粒子也具有波動性。即質(zhì)量為m的粒子，以速度v運動時，具有能量E與運動方向的動量p，它們于平面波的頻率ν和波長之間的關(guān)系與光子與光波的關(guān)系一樣：能量E、動量p表現(xiàn)為粒子性的一面、頻率ν，波長λ表現(xiàn)為波動性的一面，則粒子與波動性之間的關(guān)系也遵從下述公式：

　　E=hν

　　p=mv=h/λ

　　而λ=h/m