《张朝阳的物理课》讨论波粒二象性涉足量子力学( 二 ) 有哪些现象是经典物理学解释

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张朝阳介绍光电效应实验
他强调，光电效应的特殊之处在于，只要达到截止电压，无论光强多大，都得不到光电流；同时，还存在一个截止频率，只要光的频率低于这个频率，哪怕电压为0 ，无论多大的光强也无法打出电子。他进一步介绍了经典物理对光电效应解释的失效。经典电磁学对光电效应的解释来自于电磁波的电场部分对电子的扰动，而按照这个解释，只要光足够强，从而电磁波电场分量的振幅足够大，就可以从金属电极上打出电子。但这与事实并不相符。

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张朝阳称， “爱因斯坦在量子力学建立初期，就做出了巨大贡献。 ”他继续介绍，爱因斯坦为了解释光电效应，假设了光是由粒子组成的，物理学上称为光子。每个光子的能量是hν 。光子打到电子上就会把能量传递给电子，如果这部分能量大于电子的逸出功，电子就会被打出来。但是，如果光的频率不够大，那么单个光子的能量并不足以给电子传递足够的能量让它逸出金属板，从而无论光强多大都无济于事。同时，假设电压刚好是截止电压，那么电子刚好到达对面金属板就会停止，于是张朝阳说，这就是爱因斯坦解释光电效应所用的公式。这个公式还展示了截止电压和光频率的关系。

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截止电压和频率的关系
干涉与散射：波焉粒焉难分解，一体两面显真相
介绍完光电效应，不得不提光的波粒二象性。光不仅具有波动性，同时还具有粒子性。 “这个概念就比较难理解了” 。张朝阳指出，光的波动性体现在光的干涉和衍射上，为此，他还详细介绍了波的双缝干涉现象。

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波的双缝干涉
他解释，光波就像普通的水波一样，遇到双缝之后就会分成两束，然后在后面出现了相互抵消或者相互加强的干涉图样。而在康普顿散射，即高能光子如X射线等与自由电子间的散射过程，则体现了光的粒子性。
光的波粒二象性极其神奇。 “一束光作为波穿过双缝形成干涉条纹，这一点很好理解。但是假设我们控制光使得它是一个一个光子朝双缝发射的，只要曝光时间久了，依然会出现干涉条纹。 ”张朝阳指出，我们不能确定光子究竟通过的是哪个缝。
他补充道，光的波粒二象性不是光子所特有的，其他粒子也具有波粒二象性。这就是德布罗意提出的“物质波”假说，他主张“一切物质”都具有波粒二象性。但张朝阳决定将这个故事留到下期再说。此外，他还确认， “今后几周，都将围绕量子力学这个人类历史上的巨大丰碑来展开讨论。 ”
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自11月5日至今， <张朝阳的物理课>已直播十六期。在第一、二课中，张朝阳科普了“力”和“速度” ，算出马斯克的飞船和中国空间站每日绕地飞行圈数；第三、四课和“振动”相关，科普可见光的基本知识。第五、六课引发了关于音速和温度的大讨论。在第七、八、九课重温经典力学的两朵乌云；第十、十一课重点回顾黑体辐射曲线及其应用；第十二、十三、十四课尝试进入爱因斯坦的思想世界，推导出著名的公式“E=mc2” ，并论证钟慢尺缩效应。第十五课讲解了原子的结构和原子核的衰变。第十六课意在讨论光的波粒二象性，初探量子力学。

《张朝阳的物理课》讨论波粒二象性 涉足量子力学( 二 )

《张朝阳的物理课》讨论波粒二象性涉足量子力学( 二 )