光子

微粒說

微粒說 (Corpuscular Theory)
國立臺灣大學物理學系 曾奕晴

光波粒二象性的發展

自古以來,人們對於光一直懷抱著非常大的好奇心,關於光的本質究竟是什麼,早在十七世紀時已經被廣泛的討論,當時主要的學說有二,分別為牛頓所提出的微粒說,以及惠更斯集大成的波動說。

輻射壓

輻射壓(Radiation Pressure)
加州大學柏克萊分校物理系 2012 盧奕銓

  • 定義及基本概念

電磁波(光)在傳遞時帶有動量,所以當電磁波打在物質上時,不論是被吸收或是被反射,都會對物質施力。就如同許多小球不斷地打在牆壁上,牆壁會受到力一樣。而每單位面積所受到電磁波的力,就稱為輻射壓,或是光壓。

輻射壓的大小,除了跟電磁波所攜帶的動量大小有關之外,也跟受力物質的特性有關:如果物質本身完全吸收入射電磁波,那麼光壓 \(P\) 就是

\(P=\frac{1}{A}\frac{p}{t}\)

 其中 \(p\) 是在 \(t\) 時間內入射在面積 \(A\)內的電磁波動量。

截止電壓

截止電壓 (Cut-off Voltage)
國立臺灣大學物理系博士班黃琮暐

截止電壓是指當我們在做光電效應實驗中,要讓光電流停止所須外加的電壓差。

在馬克斯威爾 (James Clerk Maxwell 1831~1879)成功地描述了所有當時的電磁現象,並且為電磁學提供了完整的電磁理論之後,人們非常確信光就是一種電磁波,並且光是一種波動行為。因此,不難想像到,我們可以將光線打到金屬表面,提供能量來使電子脫離金屬表面。(例如,我們可以調控光線的強度而使得電子有足夠的能量脫離金屬)。而這樣的實驗就稱為光電效應實驗。裝置的示意圖如圖一。

圖一 (陳義裕繪) 入射光打入一個真空環境下金屬板上,而電子被打出造成安培計讀數不為零,這時的電流稱為光電流。但我們可以利用一個反向的外加電壓,使得安培計讀數為零,而調到的電壓就稱為截止電壓。而實驗上我們可以調控入射光的頻率、強度,去驗證被打出的電子所獲得的能量與入射光的頻率成線性關係。

圖一 (陳義裕繪) 入射光打入一個真空環境下金屬板上,而電子被打出造成安培計讀數不為零,這時的電流稱為光電流。但我們可以利用一個反向的外加電壓,使得安培計讀數為零,而調到的電壓就稱為截止電壓。而實驗上我們可以調控入射光的頻率、強度,去驗證被打出的電子所獲得的能量與入射光的頻率成線性關係。

康普頓效應

康普頓效應 (Compton effect)
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學吳仲卿教授責任編輯

康普頓效應(Compton effect)或稱為康普頓散射(Compton scattering),是指當X射線或伽馬射線的光子跟電子交互作用,因失去能量而導致波長變長的現象,且波長的增長量會隨散射角的不同而變化。