1. 物理波粒二象性
波粒二象性(wave-particle ality)是指某物質同時具備波的特質及粒子的特質。波粒二象性是量子力學中的一個重要概念。
震動的微粒子的解說——量子論
波粒統一性(鄧宇等)
振動中的弦
微粒子的振動+平動=波動粒子
在經典力學中,研究對象總是被明確區分為兩類:波和粒子。前者的典型例子是光,後者則組成了我們常說的「物質」。1905年,愛因斯坦提出了光電效應的光量子解釋,人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質。1924年,德布羅意提出「物質波」假說,認為和光一樣,一切物質都具有波粒二象性。根據這一假說,電子也會具有干涉和衍射等波動現象,這被後來的電子衍射試驗所證實。
「波」和「粒子」統一的數學關系
振動粒子的量子論詮釋
物質的粒子性由能量 E 和動量 p 刻劃,波的特徵則由電磁波頻率 ν 和其波長 λ 表達,這兩組物理量的比例因子由普朗克常數 h(h=6.626*10^-34J·s) 所聯系。
E=hv , E=mc^2 聯立兩式,得:m=hv/c^2(這是光子的相對論質量,由於光子無法靜止,因此光子無靜質量)而p=mc
則p=hv/c(p 為動量)
粒子波的一維平面波的偏微分波動方程,其一般形式為
эξ/эx=(1/u)(эξ/эt) 5
三維空間中傳播的平面粒子波的經典波動方程為
эξ/эx+эξ/эy+эξ/эz=(1/u)(эξ/эt) 6
波動方程實際是經典粒子物理和波動物理的統一體,是運動學與波動學的統一.波動學是運動學的一部分,是運動學的延伸,即平動與振動的矢量和.對象不同,一個是連續介質,一個是定域的粒子,都可以具有波動性.(鄧宇等,80年代)
經典波動方程1,1'式或4--6式中的u,隱含著不連續的量子關系E=hυ和德布羅意關系λ=h/p,由於u=υλ,故可在u=υλ的右邊乘以含普朗克常數h的因子(h/h),就得到
u=(υh)(λ/h)
=E/p
使經典物理與量子物理,連續與不連續(定域)之間產生了聯系,得到統一.
2.粒子的波動與德布羅意物質波的統一
德布羅意關系λ=h/p,和量子關系E=hυ(及薛定諤方程)這兩個關系式實際表示的是波性與粒子性的統一關系, 而不是粒性與波性的兩分.德布羅意物質波是粒波一體的真物質粒子,光子,電子等的波動.
量子力學新詮釋:霍金膜上的四維量子論
類似10維或11維的「弦論」=振動的弦、震盪中的象弦一樣的微小物體。
霍金膜上四維世界的量子理論的近代詮釋(鄧宇等,80年代):
振動的量子(波動的量子=量子鬼波)=平動微粒子的振動;振動的微粒子;震盪中的象量子(粒子)一樣的微小物體。
波動量子=量子的波動=微粒子的平動+振動
=平動+振動
=矢量和
量子鬼波的DENG'S詮釋:微粒子(量子)平動與振動的矢量和
粒子波、量子波=粒子的震盪(平動粒子的震動)
歷史
在十九世紀末,日臻成熟的原子理論逐漸盛行,根據原子理論的看法,物質都是由微小的粒子——原子構成。比如原本被認為是一種流體的電,由湯普孫的陰極射線實驗證明是由被稱為電子的粒子所組成。因此,人們認為大多數的物質是由粒子所組成。而與此同時,波被認為是物質的另一種存在方式。波動理論已經被相當深入地研究,包括干涉和衍射等現象。由於光在托馬斯·楊的雙縫干涉實驗中,以及夫琅和費衍射中所展現的特性,明顯地說明它是一種波動。
不過在二十世紀來臨之時,這個觀點面臨了一些挑戰。1905年由阿爾伯特·愛因斯坦研究的光電效應展示了光粒子性的一面。隨後,電子衍射被預言和證實了。這又展現了原來被認為是粒子的電子波動性的一面。
這個波與粒子的困擾終於在二十世紀初由量子力學的建立所解決,即所謂波粒二象性。它提供了一個理論框架,使得任何物質在一定的環境下都能夠表現出這兩種性質。量子力學認為自然界所有的粒子,如光子、電子或是原子,都能用一個微分方程,如薛定諤方程來描述。這個方程的解即為波函數,它描述了粒子的狀態。波函數具有疊加性,即,它們能夠像波一樣互相干涉和衍射。同時,波函數也被解釋為描述粒子出現在特定位置的幾率幅。這樣,粒子性和波動性就統一在同一個解釋中。
之所以在日常生活中觀察不到物體的波動性,是因為他們的質量太大,導致特徵波長比可觀察的限度要小很多,因此可能發生波動性質的尺度在日常生活經驗范圍之外。這也是為什麼經典力學能夠令人滿意地解釋「自然現象」。反之,對於基本粒子來說,它們的質量和尺度決定了它們的行為主要是由量子力學所描述的,因而與我們所習慣的圖景相差甚遠。
惠更斯和牛頓,早期光理論
最早的綜合光理論是由克里斯蒂安·惠更斯所發展的,他提出了一個光的波動理論,解釋了光波如何形成波前,直線傳播。該理論也能很好地解釋折射現象。但是,該理論在另一些方面遇見了困難。因而它很快就被艾薩克·牛頓的粒子理論所超越。牛頓認為光是由微小粒子所組成,這樣他能夠很自然地解釋反射現象。並且,他也能稍顯麻煩地解釋透鏡的折射現象,以及通過三棱鏡將陽光分解為彩虹。
由於牛頓無與倫比的學術地位,他的理論在一個多世紀內無人敢於挑戰,而惠更斯的理論則漸漸為人淡忘。直到十九世紀初衍射現象被發現,光的波動理論才重新得到承認。而光的波動性與粒子性的爭論從未平息。
費涅爾、麥克斯韋和楊
十九世紀早期由托馬斯·楊和奧古斯丁-讓·費涅爾所演示的雙縫干涉實驗為惠更斯的理論提供了實驗依據:這些實驗顯示,當光穿過網格時,可以觀察到一個干涉樣式,與水波的干涉行為十分相似。並且,通過這些樣式可以計算出光的波長。詹姆斯·克拉克·麥克斯韋在世紀末葉給出了一組方程,揭示了電磁波的性質。而方程得到的結果,電磁波的傳播速度就是光速,這使得光作為電磁波的解釋被人廣泛接受,而惠更斯的理論也得到了重新認可。
愛因斯坦和光子
1905年,愛因斯坦對光電效應提出了一個理論,解決了之前光的波動理論所無法解釋的這個實驗現象。他引入了光子,一個攜帶光能的量子的概念。
在光電效應中,人們觀察到將一束光線照射在某些金屬上會在電路中產生一定的電流。可以推斷是光將金屬中的電子打出,使得它們流動。然而,人們同時觀察到,對於某些材料,即使一束微弱的藍光也能產生電流,但是無論多麼強的紅光都無法在其中引出電流。根據波動理論,光強對應於它所攜帶的能量,因而強光一定能提供更強的能量將電子擊出。然而事實與預期的恰巧相反。
愛因斯坦將其解釋為量子化效應:電子被光子擊出金屬,每一個光子都帶有一部分能量E,這份能量對應於光的頻率ν:E=hν
這里h是普朗克常數(6.626 x 10^-34 J s)。光束的顏色決定於光子的頻率,而光強則決定於光子的數量。由於量子化效應,每個電子只能整份地接受光子的能量,因此,只有高頻率的光子(藍光,而非紅光)才有能力將電子擊出。
愛因斯坦因為他的光電效應理論獲得了1921年諾貝爾物理學獎。
光電效應方程
由於E=hv,這光照射到原子上,其中電子吸收一份能量,從而克服逸出功,逃出原子。電子所具有的動能Ek=hv-W0,W0為電子逃出原子所需的逸出功。這就是愛因斯坦的光電效應方程。
德布羅意假設
1924年,路易-維克多•德•布羅意注意到原子中電子的穩定運動需要引入整數來描寫,與物理學中其他涉及整數的現象如干涉和振動簡正模式之間的類似性,構造了德布羅意假設,提出正如光具有波粒二象性一樣,實物粒子也具有波粒二象性。他將這個波長λ和動量p聯系為:λ=h/p
這是對愛因斯坦等式的一般化,因為光子的動量為p = E / c(c為真空中的光速),而λ = c / ν。
德布羅意的方程三年後通過兩個獨立的電子散射實驗被證實於電子(具有靜止質量)身上。在貝爾實驗室Clinton Joseph Davisson和Lester Halbert Germer以低速電子束射向鎳單晶獲得電子經單晶衍射,測得電子的波長與德布羅意公式一致。在阿伯丁大學,George Paget Thomson以高速電子穿過多晶金屬箔獲得類似X射線在多晶上產生的衍射花紋,確鑿證實了電子的波動性;以後又有其他實驗觀測到氦原子、氫分子以及中子的衍射現象,微觀粒子的波動性已被廣泛地證實。根據微觀粒子波動性發展起來的電子顯微鏡、電子衍射技術和中子衍射技術已成為探測物質微觀結構和晶體結構分析的有力手段。
德布羅意於1929年因為這個假設獲得了諾貝爾物理學獎。Thomson和Davisson因為他們的實驗工作共享了1937年諾貝爾物理學獎。
光和微觀粒子的波粒二象性如何統一的問題是人類認識史上最令人困惑的問題 ,至今不能說問題已經完全解決(物質的結構是核式的,原子如此,光子、電子、質子、大到天體都有自己的核心,都有繞核心運動的物質存在,每個核式結構體在運動中由於核式結構的特點,都做具有波動的直線運動,都有測不準的因素存在,都有量子化的物理特徵,各有能級的存在,各有特定的能量吸收才可以發生躍遷。張各高中物理教師提出的自己的觀點,歡迎指正)1926年M.玻恩提出概率波解釋,較好地解決了這個問題。按照概率波解釋,描述粒子波動性所用的波函數Ψ(x、y、z、t)是概率波,而不是什麼具體的物質波;波函數的絕對值的平方|ψ|2=ψ*ψ表示時刻t在x、y、z處出現的粒子的概率密度,ψ*表示ψ 的共軛波函數。在電子通過雙孔的干涉實驗中,|ψ|2=|ψ1+ψ2|2=|ψ1|2+|ψ2|2+ψ1*ψ2+ψ1ψ2*,強度|ψ|2大的地方出現粒子的概率大 ,相應的粒子數多,強度弱的地方,|ψ|2小 ,出現粒子的概率小,相應的粒子數少,ψ1*ψ2+ψ1ψ2*正是反映干涉效應的項,不管實驗是在粒子流強度大的條件下做的,還是粒子流很弱,讓粒子一個一個地射入,多次重復實驗,兩者所得的干涉條紋結果是相同的。
在粒子流很弱、粒子一個一個地射入多次重復實驗中顯示的干涉效應表明,微觀粒子的波動性不是大量粒子聚集的性質,單個粒子即具有波動性。於是,一方面粒子是不可分割的,另一方面在雙孔實驗中雙孔又是同時起作用的,因此,對於微觀粒子談論它的運動軌道是沒有意義的。
由於微觀粒子具有波粒二象性,微觀粒子所遵從的運動規律不同於宏觀物體的運動規律,描述微觀粒子運動規律的量子力學也就不同於描述宏觀物體運動規律的經典力學。
薛定諤方程
量子力學中求解粒子問題常歸結為解薛定諤方程或定態薛定諤方程。薛定諤方程廣泛地用於原子物理、核物理和固體物理,對於原子、分子、核、固體等一系列問題中求解的結果都與實際符合得很好。
薛定諤方程僅適用於速度不太大的非相對論粒子,其中也沒有包含關於粒子自旋的描述。當計及相對論效應時,薛定諤方程由相對論量子力學方程所取代,其中自然包含了粒子的自旋。
.薛定諤提出的量子力學基本方程 。建立於 1926年。它是一個非相對論的波動方程。它反映了描述微觀粒子的狀態隨時間變化的規律,它在量子力學中的地位相當於牛頓定律對於經典力學一樣,是量子力學的基本假設之一。設描述微觀粒子狀態的波函數為Ψ(r,t),質量為m的微觀粒子在勢場U(r,t)中運動的薛定諤方程為。在給定初始條件和邊界條件以及波函數所滿足的單值、有限、連續的條件下,可解出波函數Ψ(r,t)。由此可計算粒子的分布概率和任何可能實驗的平均值(期望值)。當勢函數U不依賴於時間t時,粒子具有確定的能量,粒子的狀態稱為定態。定態時的波函數可寫成式中Ψ(r)稱為定態波函數,滿足定態薛定諤方程,這一方程在數學上稱為本徵方程,式中E為本徵值,是定態能量,Ψ(r)又稱為屬於本徵值E的本徵函數。
2. 什麼是「物質粒子的波粒二象性」
波粒二象性(wave-particle ality)是指一切物質同時具備波的特質及粒子的特質。波粒二象性是量子力學中的一個重要概念。在經典力學中,研究對象總是被明確區分為兩類:波和粒子。前者的典型例子是光,後者則組成了我們常說的「物質」。1905年,愛因斯坦提出了光電效應的光量子解釋,人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質。1924年,德布羅意提出「物質波」假說,認為和光一樣,一切物質都具有波粒二象性。根據這一假說,電子也會具有干涉和衍射等波動現象,這被後來的電子衍射試驗所證實。光和微觀粒子既表現有波動性又表現有粒子性的雙重屬性。光的干涉和光的衍射現象確鑿地證實光具有波動性。1900 年 M.普朗克提出能量子假說說明黑體輻射實驗規律後,1905年A.愛因斯坦提出光子假設,很好地解釋了波動學說無法說明的光電效應,1923年光子學說進一步為A.H.康普頓效應所證實,從而揭開了波粒二象性的序幕。1924年L.V.德布羅意注意到原子中電子的穩定運動需要引入整數來描寫,與物理學中其他涉及整數的現象如干涉和振動簡正模式之間的類似性,提出正如光具有波粒二象性一樣,實物粒子也具有波粒二象性,與實物粒子相聯系的波( 物質波)的頻率v和波長λ與粒子的能量E和動量p的關系分別為v=E/h λ=h/p式中 h為普朗克常量。德布羅意的新思想不久就被實驗所證實,1927年C.J.戴維孫和 L.H.革末以低速電子束射向鎳單晶獲得電子經單晶衍射,測得電子的波長與德布羅意公式一致;同年G.P.湯姆孫以高速電子穿過多晶金屬箔獲得類似 X射線在多晶上產生的衍射花紋,確鑿證實了電子的波動性;以後又有其他實驗觀測到氦原子、氫分子以及中子的衍射現象,微觀粒子的波動性已被廣泛地證實。根據微觀粒子波動性發展起來的電子顯微鏡、電子衍射技術和中子衍射技術已成為探測物質微觀結構和晶體結構分析的有力手段。在經典物理學中,波動現象是彌漫於空間傳播的,而粒子的運動具有一定的軌道 ,波動性和粒子性是格格不入的,不相容的。例如考慮兩組類似的實驗,一組是經典粒子猶如子彈射向靠得很近的雙孔,在雙孔後面的屏上接收。當兩個小孔都打開時,粒子既可穿過這一小孔,又可穿過另一小孔,在屏上接收到的是兩個小孔分別打開時屏上彈痕分布的簡單疊加。另一組是一束波射向靠得很近的雙孔,同樣在雙孔後面的屏上接收。當雙孔都打開時,波通過雙孔產生干涉效應,屏上的強度分布會出現明顯的干涉條紋,與兩個單孔衍射強度分布的簡單疊加截然不同。光和微觀粒子的波粒二象性如何統一的問題是人類認識史上最令人困惑的問題 ,至今不 能說問題已經完全解決 。1926年M.玻恩提出概率波解釋,較好地解決了這個問題。按照概率波解釋,描述粒子波動性所用的波函數Ψ(x、y、z、t)是概率波,而不是什麼具體的物質波;波函數的絕對值的平方|ψ|2=ψ*ψ表示時刻t在x、y、z處出現的粒子的概率密度,ψ*表示ψ 的共軛波函數。在電子通過雙孔的干涉實驗中,|ψ|2=|ψ1+ψ2|2=|ψ1|2+|ψ2|2+ψ1*ψ2+ψ1ψ2*,強度|ψ|2大的地方出現粒子的概率大 ,相應的粒子數多,強度弱的地方,|ψ|2小 ,出現粒子的概率小,相應的粒子數少,ψ1*ψ2+ψ1ψ2*正是反映干涉效應的項,不管實驗是在粒子流強度大的條件下做的,還是粒子流很弱,讓粒子一個一個地射入,多次重復實驗,兩者所得的干涉條紋結果是相同的。在粒子流很弱、粒子一個一個地射入多次重復實驗中顯示的干涉效應表明,微觀粒子的波動性不是大量粒子聚集的性質,單個粒子即具有波動性。於是,一方面粒子是不可分割的,另一方面在雙孔實驗中雙孔又是同時起作用的,因此,對於微觀粒子談論它的運動軌道是沒有意義的。由於微觀粒子具有波粒二象性,微觀粒子所遵從的運動規律不同於宏觀物體的運動規律,描述微觀粒子運動規律的量子力學也就不同於描述宏觀物體運動規律的經典力學。「波」和「粒子」的數學關系物質的粒子性由能量 E 和動量 p 刻劃,波的特徵則由頻率 ν 和波長 λ 表達,這兩組物理量由普朗克常數 h 所聯系。歷史在十九世紀末,日臻成熟的原子理論逐漸盛行,根據原子理論的看法,物質都是由微小的粒子——原子構成。比如原本被認為是一種流體的電,由湯普孫的陰極射線實驗證明是由被稱為電子的粒子所組成。因此,人們認為大多數的物質是由粒子所組成。而與此同時,波被認為是物質的另一種存在方式。波動理論已經被相當深入地研究,包括干涉和衍射等現象。由於光在托馬斯·楊的雙縫干涉實驗中,以及夫琅和費衍射中所展現的特性,明顯地說明它是一種波動。不過在二十世紀來臨之時,這個觀點面臨了一些挑戰。
記得採納啊
3. 請問能量和動量不是一旦有就都具有的性質嗎都屬於描述物質粒子性的重要物理量。
動量是要具有速度,p=mv,有速度一定有能量(動能);
而能量有很多種,熱能、勢能等,沒有速度就沒有動量,但可以有其他形式的能量
4. 為什麼在描述粒子多少的時候可以 以 NA為單位,不應該用 mol 為單位嗎 NA 不是阿伏加德羅常數的符號嗎
阿伏伽德羅常量(Avogadro's constant,符號:NA)是物理學和化學中的一個重要常量。它的數值為:一般計算時取6.02×10^23或6.022×10^23。它的正式的定義是0.012千克碳12中包含的碳12的原子的數量。歷史上,將碳12選為參考物質是因為它的原子量可以測量的相當精確。阿伏伽德羅常量因義大利化學家阿伏伽德羅(Avogadro A)得名。現在此常量與物質的量緊密相關,摩爾作為物質的量的國際單位制基本單位,被定義為所含的基本單元數為阿伏伽德羅常量(NA)。其中基本單元可以是任何一種物質(如分子、原子或離子)。
上面是網路的,我的說法是:NA不僅僅是符號,他其實是個數值,一般說在1mol的化合物中,就含有1NA的分子,NA也是有單位的,其單位為mol-1
阿伏加德羅常數是有量綱的,就是那麼一堆東西,那麼多粒子就叫1mol。就類似「個」,摩爾就是「一堆」那麼一堆數量就叫一摩爾
1molO2意思就是1mol的氧氣,而1mol的氧氣中含有2mol的氧原子,同樣也就可以用2NA表示了
5. 物質的波粒二象性
波粒二象性(wave-particle ality)是指一切物質同時具備波的特質及粒子的特質。波粒二象性是量子力學中的一個重要概念。
在經典力學中,研究對象總是被明確區分為兩類:波和粒子。前者的典型例子是光,後者則組成了我們常說的「物質」。1905年,愛因斯坦提出了光電效應的光量子解釋,人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質。1924年,德布羅意提出「物質波」假說,認為和光一樣,一切物質都具有波粒二象性。根據這一假說,電子也會具有干涉和衍射等波動現象,這被後來的電子衍射試驗所證實。
「波」和「粒子」的數學關系
物質的粒子性由能量 E 和動量 p 刻劃,波的特徵則由頻率 ν 和波長 λ 表達,這兩組物理量由普朗克常數 h 所聯系。
E=hv , E=mc^2 聯立兩式,得:m=hv/c^2(這是光子的相對論質量,由於光子無法靜止,因此光子無靜質量)而p=mc
則p=hv/c
歷史
在十九世紀末,日臻成熟的原子理論逐漸盛行,根據原子理論的看法,物質都是由微小的粒子——原子構成。比如原本被認為是一種流體的電,由湯普孫的陰極射線實驗證明是由被稱為電子的粒子所組成。因此,人們認為大多數的物質是由粒子所組成。而與此同時,波被認為是物質的另一種存在方式。波動理論已經被相當深入地研究,包括干涉和衍射等現象。由於光在托馬斯·楊的雙縫干涉實驗中,以及夫琅和費衍射中所展現的特性,明顯地說明它是一種波動。
不過在二十世紀來臨之時,這個觀點面臨了一些挑戰。1905年由阿爾伯特·愛因斯坦研究的光電效應展示了光粒子性的一面。隨後,電子衍射被預言和證實了。這又展現了原來被認為是粒子的電子波動性的一面。
這個波與粒子的困擾終於在二十世紀初由量子力學的建立所解決,即所謂波粒二象性。它提供了一個理論框架,使得任何物質在一定的環境下都能夠表現出這兩種性質。量子力學認為自然界所有的粒子,如光子、電子或是原子,都能用一個微分方程,如薛定諤方程來描述。這個方程的解即為波函數,它描述了粒子的狀態。波函數具有疊加性,即,它們能夠像波一樣互相干涉和衍射。同時,波函數也被解釋為描述粒子出現在特定位置的幾率幅。這樣,粒子性和波動性就統一在同一個解釋中。
之所以在日常生活中觀察不到物體的波動性,是因為他們的質量太大,導致特徵波長比可觀察的限度要小很多,因此可能發生波動性質的尺度在日常生活經驗范圍之外。這也是為什麼經典力學能夠令人滿意地解釋「自然現象」。反之,對於基本粒子來說,它們的質量和尺度決定了它們的行為主要是由量子力學所描述的,因而與我們所習慣的圖景相差甚遠。
惠更斯和牛頓,早期光理論
最早的綜合光理論是由克里斯蒂安·惠更斯所發展的,他提出了一個光的波動理論,解釋了光波如何形成波前,直線傳播。該理論也能很好地解釋折射現象。但是,該理論在另一些方面遇見了困難。因而它很快就被艾薩克·牛頓的粒子理論所超越。牛頓認為光是由微小粒子所組成,這樣他能夠很自然地解釋反射現象。並且,他也能稍顯麻煩地解釋透鏡的折射現象,以及通過三棱鏡將陽光分解為彩虹。
由於牛頓無與倫比的學術地位,他的理論在一個多世紀內無人敢於挑戰,而惠更斯的理論則漸漸為人淡忘。直到十九世紀初衍射現象被發現,光的波動理論才重新得到承認。而光的波動性與粒子性的爭論從未平息。
費涅爾、麥克斯韋和楊
十九世紀早期由托馬斯·楊和奧古斯丁-讓·費涅爾所演示的雙縫干涉實驗為惠更斯的理論提供了實驗依據:這些實驗顯示,當光穿過網格時,可以觀察到一個干涉樣式,與水波的干涉行為十分相似。並且,通過這些樣式可以計算出光的波長。詹姆斯·克拉克·麥克斯韋在世紀末葉給出了一組方程,揭示了電磁波的性質。而方程得到的結果,電磁波的傳播速度就是光速,這使得光作為電磁波的解釋被人廣泛接受,而惠更斯的理論也得到了重新認可。
愛因斯坦和光子
1905年,愛因斯坦對光電效應提出了一個理論,解決了之前光的波動理論所無法解釋的這個實驗現象。他引入了光子,一個攜帶光能的量子的概念。
在光電效應中,人們觀察到將一束光線照射在某些金屬上會在電路中產生一定的電流。可以推斷是光將金屬中的電子打出,使得它們流動。然而,人們同時觀察到,對於某些材料,即使一束微弱的藍光也能產生電流,但是無論多麼強的紅光都無法在其中引出電流。根據波動理論,光強對應於它所攜帶的能量,因而強光一定能提供更強的能量將電子擊出。然而事實與預期的恰巧相反。
愛因斯坦將其解釋為量子化效應:電子被光子擊出金屬,每一個光子都帶有一部分能量E,這份能量對應於光的頻率ν:E=hν
這里h是普朗克常數(6.626 x 10^-34 J s)。光束的顏色決定於光子的頻率,而光強則決定於光子的數量。由於量子化效應,每個電子只能整份地接受光子的能量,因此,只有高頻率的光子(藍光,而非紅光)才有能力將電子擊出。
愛因斯坦因為他的光電效應理論獲得了1921年諾貝爾物理學獎。
光電效應方程
由於E=hv,這光照射到原子上,其中電子吸收一份能量,從而克服逸出功,逃出原子。電子所具有的動能Ek=hv-W0,W0為電子逃出原子所需的逸出功。這就是愛因斯坦的光電效應方程。
德布羅意假設
1924年,路易-維克多•德•布羅意注意到原子中電子的穩定運動需要引入整數來描寫,與物理學中其他涉及整數的現象如干涉和振動簡正模式之間的類似性,構造了德布羅意假設,提出正如光具有波粒二象性一樣,實物粒子也具有波粒二象性。他將這個波長λ和動量p聯系為:λ=h/p
這是對愛因斯坦等式的一般化,因為光子的動量為p = E / c(c為真空中的光速),而λ = c / ν。
德布羅意的方程三年後通過兩個獨立的電子散射實驗被證實於電子(具有靜止質量)身上。在貝爾實驗室Clinton Joseph Davisson和Lester Halbert Germer以低速電子束射向鎳單晶獲得電子經單晶衍射,測得電子的波長與德布羅意公式一致。在阿伯丁大學,George Paget Thomson以高速電子穿過多晶金屬箔獲得類似X射線在多晶上產生的衍射花紋,確鑿證實了電子的波動性;以後又有其他實驗觀測到氦原子、氫分子以及中子的衍射現象,微觀粒子的波動性已被廣泛地證實。根據微觀粒子波動性發展起來的電子顯微鏡、電子衍射技術和中子衍射技術已成為探測物質微觀結構和晶體結構分析的有力手段。
德布羅意於1929年因為這個假設獲得了諾貝爾物理學獎。Thomson和Davisson因為他們的實驗工作共享了1937年諾貝爾物理學獎。
光和微觀粒子的波粒二象性如何統一的問題是人類認識史上最令人困惑的問題 ,至今不能說問題已經完全解決。1926年M.玻恩提出概率波解釋,較好地解決了這個問題。按照概率波解釋,描述粒子波動性所用的波函數Ψ(x、y、z、t)是概率波,而不是什麼具體的物質波;波函數的絕對值的平方|ψ|2=ψ*ψ表示時刻t在x、y、z處出現的粒子的概率密度,ψ*表示ψ 的共軛波函數。在電子通過雙孔的干涉實驗中,|ψ|2=|ψ1+ψ2|2=|ψ1|2+|ψ2|2+ψ1*ψ2+ψ1ψ2*,強度|ψ|2大的地方出現粒子的概率大 ,相應的粒子數多,強度弱的地方,|ψ|2小 ,出現粒子的概率小,相應的粒子數少,ψ1*ψ2+ψ1ψ2*正是反映干涉效應的項,不管實驗是在粒子流強度大的條件下做的,還是粒子流很弱,讓粒子一個一個地射入,多次重復實驗,兩者所得的干涉條紋結果是相同的。
在粒子流很弱、粒子一個一個地射入多次重復實驗中顯示的干涉效應表明,微觀粒子的波動性不是大量粒子聚集的性質,單個粒子即具有波動性。於是,一方面粒子是不可分割的,另一方面在雙孔實驗中雙孔又是同時起作用的,因此,對於微觀粒子談論它的運動軌道是沒有意義的。
由於微觀粒子具有波粒二象性,微觀粒子所遵從的運動規律不同於宏觀物體的運動規律,描述微觀粒子運動規律的量子力學也就不同於描述宏觀物體運動規律的經典力學。
6. 物質的量是用來表示粒子數目多少的物理量,單位為
第2句,物質的量是用來描述物質所含微粒數目多少的物理量,單位是摩爾(mol).1摩爾所具有的粒子數約為6.02×10^23 ,所以第1句不對.
7. 物質的量是一個基本物理量 表示物質所含粒子的多少
物質的量是一個基本物理量,是計量原子分子離子等微觀粒子的物質的量的單位,1摩爾就是0。012千克碳12中所含碳原子數的多少,所以這種說法是正確的,
8. 物理學上通常用什麼物理量來表示物質的屬性
表示物質的屬性的物理量很多,如:密度、比熱容、硬度、導電性、導熱性、透光性、延展性等
9. 物理學中用什麼這個物理量來表示物質這種特性
物理學中用(密度)這個物理量來表示物質的這種特性
物理學中用(比熱容)這個物理量來表示物質的這種特性
物理學中用(熱值)這個物理量來表示物質的這種特性
特性就是一個物質所特有的性質 其他物質是沒有的。
物理學中用(電阻率)這個物理量來表示物質的這種特性
比如顏色、硬度、密度、透明度、彈性、韌性、延展性、磁性、導電性(電阻率)、導熱性、比熱容、熱值、熔點(凝固點)、沸點
10. 如何判斷表現出粒子性還是波動性
光的波粒二象性是指光既具有波動特性,又具有粒子特性。科學家發現光既能像波一樣向前傳播,有時又表現出粒子的特徵。因此我們稱光為「波粒二象性」。
光一直被認為是最小的物質,雖然它是個最特殊的物質,但可以說探索光的本性也就等於探索物質的本性。歷史上,整個物理學正是圍繞著物質究竟是波還是粒子而展開的。
光學的任務是研究光的本性,光的輻射、傳播和接收的規律;光和其他物質的相互作用(如物質對光的吸收、散射、光的機械作用和光的熱、電、化學、生理效應等)以及光學在科學技術等方面的應用。
科學家們藉助試驗捕獲了光的粒子與波同時存在的場景。主要利用了楊氏雙縫實驗。把一支蠟燭放在一張開了一個小孔的紙前面,這樣就形成了一個點光源(從一個點發出的光源)。現在在紙後面再放一張紙,不同的是第二張紙上開了兩道平行的狹縫。從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到屏幕上,就會形成一系列明、暗交替的條紋,這就是現在眾人皆知的雙縫干涉條紋。