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4. 从光电效应引发的
当光线照射在物体上时， 一部分被反射， 透明物体还会发生折射， 还有一部分被物体吸收了。而被吸收的光线， 多数变成了热， 也有部分对物质发生一定的作用， 产生了一些效应。在这些效应中， 最有名的要算是光电效应了。
1887 年， 德国物理学家赫兹( 后人为了纪念他， 用他的名字来表示频率的单位) 为验证麦克斯韦的电磁波理论，
进行了一系列的实验。赫兹用紫外光照射到有火花间隙的电极上时， 火花放电就很容易产生。后来， 人们又发现， 带负电的锌板被弧光灯发出的紫外线照射时， 它就会失去电荷。
进一步验证， 发现这些电荷就是电子， 这种电子也称为光电子。这种效应被人们称做光电效应。
光电效应的实验装置很简单， 在一个抽成真空的管子内， 管子装有两块锌板。在管壁上开一个口， 并安装上石英窗。石英可以透过紫外线。而后， 把管子接在电池上， 并串联一块电流计。当紫外线照在一块负锌板上， 就可以发现电路中有微电流流过。
物理学家利用这样的装置可以测量电子的电荷与质量比( 即荷质比)， 这对于电子的发现具有重要的意义。由实验可知， 所谓光电效应就是物质在电磁辐射时发射出光电子的现象。
科学家对光电效应实验进行了总结， 并归纳出三条定律。然而， 根据麦克斯韦的电磁理论对这三条定律却难以做出说明。
令人惊奇的是， 在解释辐射传递现象中有那么完美的波动说， 却不能对光电效应中所观察到的辐射吸收过程进行解释。波动说又面临着考验， 难道光的微粒说又要复兴吗？ 其实在光电效应上， 微粒说仍是无能为力的。
科学的发展常有这样的事， “成也萧何， 败也萧何”。光电效应发现于证实电磁波理论的实验， 但是证实了的电磁理论反过来对光电效应的解释却无能为力。
光电效应的研究还要暂时放一下。德国物理学家普朗克在研究一个重要问题――黑体辐射现象。这是研究炽热物体发射的电磁辐射的分布， 实验的结果也同麦克斯韦的电磁理论有矛盾。
为了弥合理论与实验的矛盾， 普朗克提出了一个假设， 即炽热物体的辐射， 其能量是一份一份的， 这个能量值可以写做E=hf ， 其中f 是频率，h 是一个常数， 也叫普朗克常数。对应着， 人们把这个假设称为普朗克假设， 或量子假设。
普朗克弥合了理论与实验之间的矛盾， 但是却又导致了新的矛盾。按照经典的理论， 能量的值不应该是只能选取某些能量值， 不能选取别的能量值。
普朗克的假设有什么意义呢？ 科学家都以怀疑的眼光看着它， 就连普朗克也难以做出适当的说明。这样， 有些科学家开玩笑说， 普朗克就像一个偷看别人作业的小孩。那个小孩的答案是错的， 但普朗克没有看清楚， 急切之中却碰巧抄上一个“正确的”答案。所以， 人们只是把普朗克的量子假设看做解释黑体辐射实验的权宜之计。不过， 这个假设注定要在20 世纪物理学发展上产生深远的影响， 这是人们难以预料的。
年青的爱因斯坦注意到光电效应中的“反常”现象， 并且看出了普朗克的量子假设与光电效应有关。
爱因斯坦认为， 照射到物体( 如锌板) 表面的光辐射由光子组成。物体吸收一个光子， 光子的能量hf 就转移到物体表面的一个电子上。然而， 电子只吸收到一定的能量才能脱离原子的束缚， 这个能量值叫脱出功。根据能量守恒原理， 光子的能量首先要对原子做功， 使电子从原子脱出， 剩余的能量变为脱离原子束缚的电子动能。
爱因斯坦为光电效应归纳出一个方程：
1 mv2=hf -W2
2m 和v 是电子的质量和速度， 12 mv是电子动能，W是电子逃离物体表面的脱出功。这个方程也叫做爱因斯坦光电效应方程。
从方程可以看到， 不管光的强度有多大， 如果光的频率低， 它就不能使电子脱离物体的表面。也就是说， hf< W 时， 不管光子有多少， 光电子也不能发射出去。
爱因斯坦的光子假设是普朗克量子假设的一个合乎逻辑的推广。这个理论对波动说是一个发展， 即光具有波动的一面， 又有粒子的一面。所以， 光具有二重性， 这叫做光的波粒二象性。一般来说， 辐射能是由光子输送的， 而光子的路径却由波动场所导引。到此为止， 关于光的本性的争论， 从17 世纪开始已有200 多年了， 爱因斯坦关于波粒二象性的理论为他们的争论划上了一个圆满的句号。爱因斯坦关于光电效应的研究具有重要的意义， 为此他获得了1921 年诺贝尔物理奖。
光子学说的成功， 使光的微粒说在量子的基础上获得了复兴。一般来说， 光在传播过程中主要表现出波动性， 而光与物质发生相互作用时， 则较多地显示出粒子性。这说明，
光在不同的过程中， 光是以不同“身份”出现的。这就像一个已婚的男子， 在学校中他是以老师的身份出现， 而回到家中则以父亲的身份出现。
光的波粒二象性思想使人们对光的本性的认识跃上了一个新的台阶。同时， 它也促使物理学家在微观世界的探索中对“物质的本性”进行积极的思考。
约在1924 年， 法国物理学家德布罗意提出了一种新的物质观点。既然通常表现出波动性质的光也具有粒子性质，
那么通常表现出粒子性质的物质( 如电子、质子等)， 是否也应具有波动性质呢？ 几年之后， 英美的物理学家从实验上证实了德布罗意的想法。德布罗意也因此获得了1929 年的诺贝尔物理奖。
德布罗意关于物质的波粒二象性思想具有很重要的意义。应用物质波的概念研究物质结构， 导致波动力学的建立。
1887 年， 德国物理学家赫兹( 后人为了纪念他， 用他的名字来表示频率的单位) 为验证麦克斯韦的电磁波理论，
进行了一系列的实验。赫兹用紫外光照射到有火花间隙的电极上时， 火花放电就很容易产生。后来， 人们又发现， 带负电的锌板被弧光灯发出的紫外线照射时， 它就会失去电荷。
进一步验证， 发现这些电荷就是电子， 这种电子也称为光电子。这种效应被人们称做光电效应。
光电效应的实验装置很简单， 在一个抽成真空的管子内， 管子装有两块锌板。在管壁上开一个口， 并安装上石英窗。石英可以透过紫外线。而后， 把管子接在电池上， 并串联一块电流计。当紫外线照在一块负锌板上， 就可以发现电路中有微电流流过。
物理学家利用这样的装置可以测量电子的电荷与质量比( 即荷质比)， 这对于电子的发现具有重要的意义。由实验可知， 所谓光电效应就是物质在电磁辐射时发射出光电子的现象。
科学家对光电效应实验进行了总结， 并归纳出三条定律。然而， 根据麦克斯韦的电磁理论对这三条定律却难以做出说明。
令人惊奇的是， 在解释辐射传递现象中有那么完美的波动说， 却不能对光电效应中所观察到的辐射吸收过程进行解释。波动说又面临着考验， 难道光的微粒说又要复兴吗？ 其实在光电效应上， 微粒说仍是无能为力的。
科学的发展常有这样的事， “成也萧何， 败也萧何”。光电效应发现于证实电磁波理论的实验， 但是证实了的电磁理论反过来对光电效应的解释却无能为力。
光电效应的研究还要暂时放一下。德国物理学家普朗克在研究一个重要问题――黑体辐射现象。这是研究炽热物体发射的电磁辐射的分布， 实验的结果也同麦克斯韦的电磁理论有矛盾。
为了弥合理论与实验的矛盾， 普朗克提出了一个假设， 即炽热物体的辐射， 其能量是一份一份的， 这个能量值可以写做E=hf ， 其中f 是频率，h 是一个常数， 也叫普朗克常数。对应着， 人们把这个假设称为普朗克假设， 或量子假设。
普朗克弥合了理论与实验之间的矛盾， 但是却又导致了新的矛盾。按照经典的理论， 能量的值不应该是只能选取某些能量值， 不能选取别的能量值。
普朗克的假设有什么意义呢？ 科学家都以怀疑的眼光看着它， 就连普朗克也难以做出适当的说明。这样， 有些科学家开玩笑说， 普朗克就像一个偷看别人作业的小孩。那个小孩的答案是错的， 但普朗克没有看清楚， 急切之中却碰巧抄上一个“正确的”答案。所以， 人们只是把普朗克的量子假设看做解释黑体辐射实验的权宜之计。不过， 这个假设注定要在20 世纪物理学发展上产生深远的影响， 这是人们难以预料的。
年青的爱因斯坦注意到光电效应中的“反常”现象， 并且看出了普朗克的量子假设与光电效应有关。
爱因斯坦认为， 照射到物体( 如锌板) 表面的光辐射由光子组成。物体吸收一个光子， 光子的能量hf 就转移到物体表面的一个电子上。然而， 电子只吸收到一定的能量才能脱离原子的束缚， 这个能量值叫脱出功。根据能量守恒原理， 光子的能量首先要对原子做功， 使电子从原子脱出， 剩余的能量变为脱离原子束缚的电子动能。
爱因斯坦为光电效应归纳出一个方程：
1 mv2=hf -W2
2m 和v 是电子的质量和速度， 12 mv是电子动能，W是电子逃离物体表面的脱出功。这个方程也叫做爱因斯坦光电效应方程。
从方程可以看到， 不管光的强度有多大， 如果光的频率低， 它就不能使电子脱离物体的表面。也就是说， hf< W 时， 不管光子有多少， 光电子也不能发射出去。
爱因斯坦的光子假设是普朗克量子假设的一个合乎逻辑的推广。这个理论对波动说是一个发展， 即光具有波动的一面， 又有粒子的一面。所以， 光具有二重性， 这叫做光的波粒二象性。一般来说， 辐射能是由光子输送的， 而光子的路径却由波动场所导引。到此为止， 关于光的本性的争论， 从17 世纪开始已有200 多年了， 爱因斯坦关于波粒二象性的理论为他们的争论划上了一个圆满的句号。爱因斯坦关于光电效应的研究具有重要的意义， 为此他获得了1921 年诺贝尔物理奖。
光子学说的成功， 使光的微粒说在量子的基础上获得了复兴。一般来说， 光在传播过程中主要表现出波动性， 而光与物质发生相互作用时， 则较多地显示出粒子性。这说明，
光在不同的过程中， 光是以不同“身份”出现的。这就像一个已婚的男子， 在学校中他是以老师的身份出现， 而回到家中则以父亲的身份出现。
光的波粒二象性思想使人们对光的本性的认识跃上了一个新的台阶。同时， 它也促使物理学家在微观世界的探索中对“物质的本性”进行积极的思考。
约在1924 年， 法国物理学家德布罗意提出了一种新的物质观点。既然通常表现出波动性质的光也具有粒子性质，
那么通常表现出粒子性质的物质( 如电子、质子等)， 是否也应具有波动性质呢？ 几年之后， 英美的物理学家从实验上证实了德布罗意的想法。德布罗意也因此获得了1929 年的诺贝尔物理奖。
德布罗意关于物质的波粒二象性思想具有很重要的意义。应用物质波的概念研究物质结构， 导致波动力学的建立。
