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光是微粒性质的实验证据有哪些?

来源:www.zuowenzhai.com    作者:编辑   日期:2024-06-01
光是粒子形态还是波?有什么实验可以证明?

光既是一种微粒子,也是一种电磁波;这点,早在十九世纪的“光的双缝干涉实验”中,科学家就已经为我们揭晓了答案。我们都知道,人类文明之所以能在短短的三百年内取得无数辉煌灿烂的成就,乃至于超越了过去数千年以来的综合;
最大的功臣,当然是因为现代科学的进步。因此,也有人把科学誉为是“人类通往上帝的唯一一条桥梁”。而我们在自然界,迄今为止发现的最神奇的一种力量和生存资源,莫过于光了。尽管他在生活中随处可见,但是,上到人类,下到任何生灵,都非常依赖于它的存在。

所以,光一直都是很多学者孜孜不倦研究的目标之一。光究竟从何而来?光有没有传播速度?光究竟是怎样的一种物质?这些问题,很长时间里都困扰着我们。十九世纪,许多科学家认为光的基本介质,是一种叫“以太”的基本粒子。
以太在自然界看不见,摸不着,但是却充斥宇宙内百分之九十八以上的空间;因此,争论不休的科学界,才开展了所谓的“光的双缝干涉实验”。当然,他们注意的不仅仅有光的组成物质到底是不是以太这样的问题;

还要光究竟是粒子,还是电磁波这样的已经持续了数十年的争吵。最后,科学家进行了数次实验,却得出了一个让所有人都大跌眼镜的结论:第一,光的状态取决于人类有没有对它进行观察;
第二,光既有微粒子的性质,但也是一种电磁波。而且,光的频率极快,波纹中等,是完全可以被我们观测到的。后来,学术界将这种性质称为“波粒二象性”。

同时,双缝实验,在一定的意义上,也奠定了后来量子力学的出现。

光电效应证实了光的粒子性。

1905年,爱因斯坦对光电效应提出了一个理论,解决了之前光的波动理论所无法解释的这个实验现象。他引入了光子,一个携带光能的量子的概念。
  在光电效应中,人们观察到将一束光线照射在某些金属上会在电路中产生一定的电流。可以推断是光将金属中的电子打出,使得它们流动。然而,人们同时观察到,对于某些材料,即使一束微弱的蓝光也能产生电流,但是无论多么强的红光都无法在其中引出电流。根据波动理论,光强对应于它所携带的能量,因而强光一定能提供更强的能量将电子击出。然而事实与预期的恰巧相反。
  爱因斯坦将其解释为量子化效应:电子被光子击出金属,每一个光子都带有一部分能量E,这份能量对应于光的频率ν:E=hν
  这里h是普朗克常数(6.626 x 10^-34 J s)。光束的颜色决定于光子的频率,而光强则决定于光子的数量。由于量子化效应,每个电子只能整份地接受光子的能量,因此,只有高频率的光子(蓝光,而非红光)才有能力将电子击出。
  爱因斯坦因为他的光电效应理论获得了1921年诺贝尔物理学奖。

1905年,爱因斯坦发表了3篇论文。其中一篇《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文认为,在1899至1902年之间,德国学者赫兹的助手勒纳德提出光电效应中经典波动理论无法解释的三点是光的微粒性质的实验证据。

勒纳德提出:

其一,每一种金属表面都存在一个特征截止频率,频率再小,不管光强多大,都不能发生光电效应。

其二,射出的光电子动能只同入射光频率有关,同光强无关。

其三,只要入射光频率超过截止的那个频率,无论怎样强弱,都会立即引发光电效应。

在论文中,爱因斯坦把普朗克的量子说和光的微粒观点相结合,提出光量子假说。光是由光子也是能束和能粒子所组成。牛顿曾经想到过的粒子观点被波说取代后,在爱因斯坦这里吸收了他的有益思考。

爱因斯坦认为,一束单色光,是一束以光速运动的粒子流,这些粒子称为光量子,也就是光子。每个光子都有一定的能量,这个以通过频率计算,用普朗克常数与频率相乘,可得出每个光子的能量。

一束光的能量就是发射出的光子能量之总和,一定频率的光,光子的数目越多,光的强度就越大。

光电子能量和入射光频率之间的关系对古典经典物理学而言,是无法解释的。频率和能量的紧密关系要求人们利用普朗克常数。

爱因斯坦正是在普朗克的基础上而比普朗克更革命。爱因斯坦考虑了途中发生的事情。也就是说量子是否按波的形式传播或是一成不变。爱因斯坦假设能量按一个量子传播。光辐射也是由微粒子,即一种“能量小包”组成的。这些微粒子以光速飞越空间,粒子能量是由频率和作用量子的乘积得出,意味着频率对光电子的影响。

光电效应是由于金属中的自由电子吸收了光子能量从金属中溢出而发生的。电子吸收一个光子便获得了一份能量,这份能量一部分被消耗,因为电子从金属表面溢出要做功;一部分就是电子逃离时的动能。

h为普朗克常数,电子从金属表面溢出所做的功为A,速度为v,则有:hv=A+1/2mv2,这就是爱因斯坦方程。




19690562126勒纳德提出的光电效应中经典波动理论无法解释的三点是什么?
云标应答:在1899至1902年之间,德国学者赫兹的助手勒纳德提出光电效应中经典波动理论无法解释的三点是光的微粒性质的实验证据。勒纳德提出:其一,每一种金属表面都存在一个特征截止频率,频率再小,不管光强多大,都不能发生光电效应。其二,射出的光电子动能只同入射光频率有关,同光强无关。其三,只要入射光频率超...

19690562126...的二特性:物理量量子化、波粒二象性,分别可以由什么和什么实验...
云标应答:光的粒子性由光电效应、康普顿效应证明,波动性由衍射、干涉等实验证明,电子的波动性由1927年电子束衍射实验证明,电量量子化由密立根油滴实验证明。微观粒子运动特点作无规则运动,借助微波将这种无规则运动变为有规则的运动即分子高速振动,分子间相互撞击,分子与内部空气产生的位移都叫摩擦。这是微观粒子...

19690562126甲同学设计了如下实验验证微粒的性质:在一支试管内加入少许浓氨水,再...
云标应答:能使酚酞试液变红,所以现象是浸有酚酞试液的棉花团渐渐变红;(2)氨分子不断运动,与棉花团上的酚酞试液接触,说明了分子在不断运动;氨分子溶于水形成氨水,能使酚酞试液变红,说明氨水显碱性;(3)在热水中的氨气分子温度高,

19690562126哪些实验证明了光的粒子性
云标应答:1、光电效应实验:光电效应是指当光线照射到金属表面时,金属会发射出电子。这个实验是光的粒子性的重要证据之一,因为只有光被看作粒子时,才能够解释金属内原先束缚的电子跃出的现象。这个效应被广泛应用在太阳能电池板、光电倍增管等电子设备中。2、多普勒效应实验:多普勒效应是指当光源在运动时,光...

19690562126证明光具有波粒二象性的著名实验有哪些?
云标应答:因为惠更斯曾提出过光是一种纵波,而纵波不可能发生这样的偏振,这一发现成为了反对波动说的有利证据。 1811年,布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。光的偏振现象和偏振定律的发现,使当时的波动说陷入了困境,使物理光学的研究更朝向有利于微粒说的方向发展 面对这种情况,杨氏对...

19690562126光是粒子形态还是波?有什么实验可以证明?
云标应答:第一,光的状态取决于人类有没有对它进行观察;第二,光既有微粒子的性质,但也是一种电磁波。而且,光的频率极快,波纹中等,是完全可以被我们观测到的。后来,学术界将这种性质称为“波粒二象性”。同时,双缝实验,在一定的意义上,也奠定了后来量子力学的出现。

19690562126为探究微粒的性质及影响因素,小明进行下列实验.实验一:烧杯B中加入10m...
云标应答:实验一:由于酚酞溶液遇碱可以变红的性质,蒸馏水属于中性与酚酞不反应,浓氨水属于碱性;因为浓氨水具有挥发性,氨气分子就会从烧杯A运动到烧杯B里面,酚酞溶液遇到碱性的氨水就会变红.故答案:(1)在不停的运动;(2)氨分子是不断运动的,氨水显碱性,能使酚酞变成红色.实验二:温度越高,分子的...

19690562126微粒的性质是什么?
云标应答:微粒的性质是能够以自由状态存在的最小物质组分。最早发现的粒子是原子、电子和质子,1932年又发现中子,确认原子由电子、质子和中子组成,它们比起原子来是更为基本的物质组分,于是称之为基本粒子。以后这类粒子发现越来越多,累计已超过几百种,且还有不断增多的趋势,此外这些粒子中有些粒子迄今的实验...

19690562126牛顿的实验如何证明了光的粒子性? 谢谢大家!
云标应答:基于各类实验,在《光学》一书中,牛顿一方面提出了两点反驳惠更斯的理由:第一,光如果是一种波,它应该同声波一样可以绕过障碍物、不会产生影子;第二,冰洲石的双折射现象说明光在不同的边上有不同的性质,波动说无法解释其原因。另一方面,牛顿把他的物质微粒观推广到了整个自然界,并与他的质点力学体系融为一体,为...

19690562126哪些自然现象或生活中所遇到的现象可以说明一下知识?
云标应答:物质是由微粒构成的:糖在水中溶解 微粒是不断运动的:加油站附近严禁烟火 微粒间有一定的间隙:物体有热胀冷缩


(编辑:林斩虹)
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