光的粒子性：光子与实验验证

利用光的波动性可以解释很多现象，但是很多时候光的行为并不像一个波，而更像是由许多微粒组成的集合体，这种微粒称为光子，这种假设由爱因斯坦1905年首先提出。单色光的最小单位是光子，可用能量方程来描述，即

E=hν （1-5）

式中，h是普朗克常数（h=4.136×10^-15eV·s）；ν是频率（单位为Hz）。光子能量E与它的频率ν成正比，频率越高，能量越大。光子能量用电子伏特（eV）表示，1eV就是一个电子电荷经过1V电位差时，电场力所做的功。

像所有运动的粒子一样，光子与其他物质碰撞时也会产生光压。光也是一种能量的载体，当光子流打到物质表面上时，它不但要把能量传递给对方，也要把动量传递给对方，而且也遵守能量守恒定律和动量守恒定律。为了验证上述说法的正确性，可用图1-3b表示的实验装置进行实验。图中有一个抽成真空的玻璃容器，容器内装有阳极A和金属锌板的阴极K。两个电极分别与电流计G、伏特计V和电池组B连接。当光子照射到阴极K的金属表面上时，它的能量被金属中的电子全部吸收，如果光子的能量足够大，大到可以克服金属表面对电子的吸引力，电子就能跑出金属表面，在加速电场的作用下，向阳极A移动而形成电流。这种现象就叫做光电效应。实验表明，使用可见光照射时，不论光的强度多么大，照射时间多么久，电流计总是没有电流；但使用紫外光照射时，不论光的强度多么微弱，照射时间多么短暂，电流计总是有电流，说明金属板上有电子跑出来。这是因为可见光的频率低，光子能量小，小于锌的电子溢出功；而紫外光的频率高，光子能量大，大于锌的电子溢出功。(www.xing528.com)

图1-3 光的波动性和粒子性

a）人眼对不同波长光的灵敏度 b）光电效应实验装置图