光的量子性:从经典辐射到波粒二象性
该思维导图总结了光的量子性理论。从经典物理的斯特藩-玻尔兹曼定律和普朗克辐射公式出发,阐述了光电效应及爱因斯坦的光量子理论,即光具有粒子性,能量E=hf。康普顿效应进一步证实了光子的动量。德布罗意波理论则指出物质也具有波动性,波长λ=h/p,最终引出光和物质的波粒二象性,其中光子的动量p=h/λ。 图中列出了各个理论的关键公式,清晰地展现了光的量子理论发展脉络。
源码
# 光的量子性
## 经典辐射理论
### 斯蒂芬-玻尔兹曼定律
- 描述黑体辐射总能量与温度关系
- **公式**:J* = σT⁴
- 应用领域:热辐射、天文学
### 普朗克辐射公式
- 描述黑体按波长辐射能量的分布
- **公式**:ρ λ,T = 2hc²/λ⁵ × 1/e^(hc/λkT)
- 重要性:奠定量子理论基础
## 光电效应
### 光照射与电子释放
- 光作用于物质,引发电子逸出
- 影响:光的频率与电子的动能
### 爱因斯坦方程
- 关系描述:光子能量与电子逸出功
- **公式**:E = hf - W₀
- 发现:光子粒子特性
## 爱因斯坦的量子解释
### 光子作为能量单位
- 光以光子形式传播
- 每个光子能量与频率成正比
- **公式**:E = hf
## 康普顿效应
### 散射现象
- X射线作用于轻质物质后产生新波长
- 影響因散射角的变化
### 康普顿散射公式
- 描述散射光波长与入射光波长的关系
- **公式**:Δλ = λ - λ₀ = 2h/mc (1 - cosθ)
## 德布罗意波
### 物质波动性
- 运动粒子与波动相关联
- 波动称为德布罗意波
### 德布罗意波长公式
- 描述波长与动量的关系
- **公式**:λ = h/p
## 波粒二象性
### 光与物质的双重特性
- 光子与物质粒子同时具波动性与粒子性
### 光子的动量与波长关系
- **公式**:p = h/λ
- 应用:量子力学、光学实验
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