1.用最小光子模型解释光电效应
由于最小光子模型与组合光子模型在单位时间内的总能量相同,并且最小光子模型的光子同样是粒子,因此最小光子模型在逻辑上、理论上与组合光子模型一样能够解释光电效应。
最小光子模型能够很好地解释为什么光电效应没有延迟效应,即金属在受到辐射时立即产生光电效应,没有延迟现象。假设金属的功函数为w0=nh,其中n为最小光子模型的光子数,h是约化普朗克常量。根据最小光子模型,金属电子可以同时吸收若干条谱线的光子很快达到功函数逸出而产生光电效应,因此几乎没有延迟效应。
组合光子模型不能解释光电效应没有延迟效应。按照组合光子模型,光辐射是一秒钟发射一粒能量为ωh的光子,即必须达到一秒钟的时间才能发射一粒光子,因此光电效应必须在金属受到辐射后一秒钟才能发生。
最小光子模型说明提高辐射强度与提高辐射频率可以达到相同的效果,都可以产生光电效应。实验证明仅提高辐射强度不能产生光电效应,仅提高辐射频率却可以产生光电效应。原因是,频率高的辐射的光照强度一般都比较强。目前的光源本质上一般都是点光源,功率提高有限。如果光照强度提高10倍,则点光源的功率必须提高103倍;如果光照强度提高102倍,则点光源的功率必须提高106倍,其光照强度才相等。显然光照强度要提高100倍比较困难,而频率提高100倍相对容易。可见光的频率下限为1014,X光的频率下限为1017,二者相差103倍。如果光的频率提高103倍,则光照强度需要提高109倍。因此,如果想在光照强度已经不小的情况下,依靠提高光照强度来产生光电效应比较困难,而利用提高频率产生光电效应就相对容易。
高频光产生的光电效应强,电子带走的能量多,金属板温度升高不大;低频光产生的光电效应弱,甚至没有,电子带走的能量少,金属板温度升高大。这也解释了远红外光的热效应为什么比高频光强。
上面的分析说明,单个光子的能量和产生的作用完全相同。比如,国外已有实验证明低频光同样有透视作用。如果光束的频率不同,即使功率相同,其整体效应也是不同的。高频光可以使原子中的电子逸出,使原子变成离子,甚至改变原子核中的核子数量,使原子变成其他原子。低频光则主要使原子产生无规则的热运动,使其温度增加。虽然低频光同样可能对原子或原子核产生影响,但是其效果远不如高频光显著。(www.daowen.com)
2.用最小光子模型解释康普顿散射
最小光子模型的光子在概念上同样是粒子,它与其他粒子碰撞时与组合光子模型一样,会产生散射,利用最小光子模型同样可以解释康普顿效应。
对于散射后光的频率变小,组合光子模型的解释是光子碰撞时产生能量损失。这种解释是不正确的。因为,一方面,按照相对论,光子能量是不会损失的,因为光速不变。另一方面,如果可以产生能量损失。从概念上讲,散射说明光子没有被电子或原子核吸收,散射应该是弹性碰撞,由于电子的质量比光子的质量大很多,碰撞后电子速度的改变量小,光子速度的改变量相对而言应该较大,即光子在碰撞后的平均速度应该增加。这至少说明散射不会造成能量损失。
最小光子模型能够很好地解释光子在碰撞后的频率变小。光子在碰撞前的速度大致为同一方向,碰撞后这一个方向的光子将被散射到各个不同方向,每个方向在单位时间接收到的光子数减少了,即接收频率当然会变小。在这种情况下,光子不需重新组合,它在碰撞前是离散的,碰撞后也是离散的。碰撞后的频率ω′是人为的,散射到某一方向的光子都相对在同一条直线上,并且有随机因素。
另外,组合光子模型对康普顿散射的理解不正确。康普顿散射主要不是由光子和电子碰撞产生的,而是由光子和原子核碰撞产生的,因为光子和电子碰撞后一般都是被电子吸收,从而使电子的轨道能级改变或成为自由电子。
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