波粒二象性

大学物理之波粒二象性知识总结，包括康普顿散射、粒子的波动性、光的二象性、光电效应、热辐射等内容。

波粒二象性

• 热辐射
  • 介绍
    • 辐射的能量按波长(频率)分布，与温度有关。
    • 物体在辐射能量时，也从外界吸收辐射能，在某恒定温度下，吸收的和辐射的相等，形成平衡热辐射。
    • 辐射对于吸收其他的辐射也不是全部吸收，也会存在反射。
      • 光谱吸收比
        • 单色吸收比
        • 绝对黑体
          • 黑体是研究辐射问题的中心
          • 黑体辐射
            • 特征
              • • 面积表示辐射出射度
            • 规律
              • 这两个公式用来测温
                • 即若已知取得最大单射辐出度的波长或者频率，就能测出温度，有了温度就能得到整个的辐射出射度
    • 电子伏特与焦耳的代换
      • 电子伏特（eV），1eV=1.60*10^-19焦耳
      • 但是一般遇到这种就不换单位
    • 波长一般单位是nm与m的代换
      • 1nm=10^-9m
    • 光速
      • 2.99792458×10^8m/s
  • 辐射出射度
    • 即单位时间单位面积辐射各种波长的能量之和(即对单色辐出度积分)
    • 单射辐出度
  • 基尔霍夫定律
  • 普朗克能量量子化
    • 因为ε=hν，所以频率越高(波长越短)，辐射出射度曲线极值越大
    • 普朗克常量
• 光电效应
  • 光电效应实验规律
    • 入射光频率ν和光强I一定时(I表示光强，i表示电流)
      • 饱和电流
        • 增大电压，光电流增大到一定值时，不再增加，这个电流称为饱和电流
        • 影响条件
      • 截止电压
        • 当电压减小到0时，仍然有电流，当电压反向变为负数时，即对电流产生阻力，当没有电流时，这个电压大小为截止电压
        • 影响条件
          • • 即同一物质下，超过一定频率，频率越大，截止电压越大
            • 如果没有超过一定频率，即截止电压为0，相当于不会有电流产生，即不会发生光电效应，该频率称为截止频率
          • 截止电压公式为：hv＝eU+ A，U为截止电压
      • 截止频率
        • 影响条件
          • 与金属逸出功有关
    • 注光意频率和波长是一一对应的，一个频率一个波长
    • 光电效应具有瞬时性
  • 光子假说和爱因斯坦光电效应方程
    • 由E=hv可知，光电子的能量由频率决定
    • 由E-A=½m V²可知初动能与溢出功和频率有关，与光强无关
• 光的二象性
  • 解释
    • • 频率和波长反映波动性
      • 动量和能量反映粒子性
      • 连接二象性的公式
        • 也是德布罗意关系式
  • 波动性
    • 物质波
    • 粒子的波动性
    • 不确定性
• 粒子的波动性
  • 物质波(德布罗意波)
    • 实物粒子和光子一样，也有波粒二象性
    • 德布罗意关系式和德布罗意波
      • 联立德布罗意关系式可以得到物质的德布罗意波长
    • 证明
      • 电子具有波动性
    • 解释
      • 德布罗意波不是机械波也不是电磁波，而是具有统计分布规律的概率波
  • 不确定关系
    • 宏观物体与微观粒子的差别
    • 微观粒子
      • 位置坐标不确定(即出现的地方不确定，但概率不同)
      • 能量时间不确定(即动量不确定)
      • 粒子的位置和动量不能同时有确定值
• 康普顿散射
  • 结果
  • 量子解释
  • 意义