光的粒子性

关于光的讨论

对光电效应的解释(爱因斯坦光电效应方程 密立根的实验)

康普顿效应

关于光的讨论

19世纪初开始，托马斯杨、菲涅耳、马吕斯分别观察到了光的干涉、衍射和偏振现象，60年代和80年代，赫兹研究了电磁波，并证明光也是一种电磁波，后来麦克斯韦提出了电磁理论，完善了光的波动说，但赫兹在研究电磁波的实验中，偶然发现了一个现象：当接收电路的间隙受到光照射时，间隙更容易产生电火花，这是最早发现的光电效应，引起了很多物理学家的关注。法国物理学家P勒纳德、英国物理学家JJ汤姆孙等人进行了实验研究，证实了这个现象，即照在金属表面的光会使金属中的电子逸出。研究时发现了如下一些现象：存在饱和电流、截止频率和遏制电压。但光的波动说只能部分解释光电效应，甚至有些从波动说推导出来的结论与实验结果相矛盾。于是需要新的理论来解释光电效应的实验规律，人们开始注意光的粒子性。

对光电效应的解释

爱因斯坦光电效应方程

20世纪初，德国物理学家马克斯普朗克提出了能量子的概念，但很少人接受它，但年轻的爱因斯坦注意到了能量子的意义，提出光在吸收和发射时能量是一份一份的，光本身也是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子叫做光子。爱因斯坦就此提出了一个关系式：Ek=hν-W0，即爱因斯坦光电效应方程。（其中h为普朗克常量，ν为光的频率，W0为逸出功，就是电子脱离金属吸引需要做的功）它很好地解释了许多结论，为光的粒子说奠定了基础。

密立根的实验

爱因斯坦提出光电效应方程及光电效应的解释时，实验测量不精确，这种观点也与以往的观点有很大差别，所以并没有立刻得到承认。1907年起，美国物理学家密立根开始实验测量光电效应中几个重要的物理量，他测出了金属的遏止电压与光的频率，根据光电效应方程算出普朗克常量h，并与根据黑体辐射得出的普朗克常量进行比较。实验结果是：两者只有5%的误差。成为了光电效应方程的第一次实验验证。证明了光子像其他粒子一样具有能量。光电效应证实了光的粒子性。

康普顿效应

1918-1912年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，不但有波长等于原波长的射线，而且还有波长大于原波长λ0的部分，这个效应被称为康普顿效应。而在解释这个效应时，经典的波动理论又遇到了困难，于是康普顿用光子的模型成功地解释了这种现象，他认为光子不但具有能量，还具有动量，光子的动量p=h/λ。这又进一步支持了光的粒子说。