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    188宝金博页面版: 从两种“光强度”之争谈起

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    内容提示： 第 33 卷第 9期 2004 年 9 月 中学物理教学参考 Physics T eaching in Middle Schools V o1．33 N O．9 S ep ．2004 从两种“光强度”之争谈起 沈瑞清 (江苏省无锡市第一中学 214031) 一些物理参 考书和习题集 中会 有类 似下 面的 问 题：两束强度相同而频率不同的光(例如绿光和紫光) ， 照射到同一种金属上 ，相同时间内逸 出的光 电子数 目 哪个大? 对这个问题的答案 和讨论 ．在各刊物上有过大量 的文章，可以说是众说纷。斐刹煌脑蛑饕羌 中在对“光强度” 的理解上 ，即所谓“光强度相 同”指 的 是什么东西相同．或者说得更本 质一点 ，也就是“光强 度”的定...

    文档格式：PDF | 页数：2 | 浏览次数：61 | 上传日期：2015-11-12 10:02:49 | 文档星级：
    第 33 卷第 9期 2004 年 9 月 中学物理教学参考 Physics T eaching in Middle Schools V o1．33 N O．9 S ep ．2004 从两种“光强度”之争谈起 沈瑞清 (江苏省无锡市第一中学 214031) 一些物理参 考书和习题集 中会 有类 似下 面的 问 题：两束强度相同而频率不同的光(例如绿光和紫光) ， 照射到同一种金属上 ，相同时间内逸 出的光 电子数 目 哪个大? 对这个问题的答案 和讨论 ．在各刊物上有过大量 的文章，可以说是众说纷。斐刹煌脑蛑饕羌 中在对“光强度” 的理解上 ，即所谓“光强度相 同”指 的 是什么东西相同．或者说得更本 质一点 ，也就是“光强 度”的定义是什么? 统观各文，意见大致有三种．一是认为“光强度”就 是指“能流密度” ，即单位时间通过( 垂直于光传播方向 的)单位面积的能量，也即电磁学里的“玻印廷矢量”． 二是认为“光强度”就是“光子流强度”，即单位时间内 通过光束截面的光子数 第三种意见则认为．在波 动光学领域 ，“光强度”指玻印廷矢量，而在光 电效应领 域 ，应指“光子流强度” ，也就是“调和派” ，但实质上与 第二种看法相同，因为我们现在讨论的就是在光电效 应领域里． 为此，对上述问题的答案，也就莫衷一是．而且即 使是对光强度持同一观点的，答案也不尽相同．文章大 都“引经据典” ，但有的是断章取义，只把所引材料作对 自己有利的解释 ；有 的不明就里 ，加 入 自己的想 象发 挥；当然也有少数被引用材料存在一些错误，以讹传 讹，错误被放大．文章一篇接～篇 ，好不热闹，但谁也说 服不了谁． 笔者以为，要想 解决这个 问题 ，局 限在中学物 理 (或者大学普通物理) 范围里，是会永远也“没完没了” 的．要想一劳永逸地解决此问题 ，必须从以下几个方面 着手 ：lI 从物理学史和实验物理学家看来，他们是使用 怎样的光强度定义的；2．为什么许多教科书在讲述“光 电效应”内容时不先对光强度给出一个明确的定义，以 至于为现在留下唇枪舌剑争论不休的余地；3．在合情 理的光强度定义下，上述问题的答案究竟是什么? 4． 这种问题适合作为中学物理 中的习题 吗? 下面 ，笔者 逐一研究并 回答这些问题． · 2 0 · 一、 光强度定义的历史探源 1．不言而喻，当年科学家在开始研究光电效应时 ， 根本就没有“光子”的概念．所以，当时的科学家心目中 和交流时所说的“光强度” ，绝对 不可能是“ 光子流强 度”．他们如果说“两束光强度相等”，那一定是“能流密 度相等”，而决不可能是“单位时间内通过的光子数相 等” ，即“光子流强度相等”． 2．如果说，“ 当年” 的科学家心 目中的“光强度”就 是“能流密度”，那难道在爱因斯坦提 出“光子说”并被 普遍接受后，人们不会“修改”定义，使“光强度”概念改 指“ 光子流强度” 吗? 我们说，这种想法或者说“建议”是一点好处也没 有的．它只能是远离物理学实践现场的人想出来的“书 生气十足”的建议． 你想，这“光子流强度”在实践中如何操作? “地球 人都知道” (流行网语) 绝不可能真的去计数单位时间 里通过的光子数(如同统计“车流量”一样) ．对于单一 频率的“单色光” ，这个所谓“光子流强度”也只能通过 把“能流密度”去除以 ^ 而得到．也就是说 ，相 比于“能 流密度”，它是个“二手货” ! 而对于更为常见的包含若 干频率或各种频率连续分布(有一个频谱曲线) 的“复 色光” ，“光子数”更难计量．就算知道了“光功率”( 能流 密度) ，也不易算出“ 光子流强度”．况且即使在测定知 道了“频谱曲线”后，勉强能够求出各个频率成分的光 子数，但因为不同频率的光子在光电效应方面的“权 重”不同，把它们简单相加得到的一个总光子数也没有 什么用处．(就像把 100 美元和 100 日元相加，得到 200 元 ，那 200 这个数字又有什么用呢?) 所以说，无论是从历史还是从科学实际的角度，以 及从“定义”适用的普遍性来看，光强度都应该是指“能 流密度”而不是“光子流强度”．(如上所述，在“单色光” 情况下，“光子流强度”并不是毫无意义，但那毕竟不是 最基本 的东西 ，也不是光强度的定义．) 二、教科书为什么不“先下好”光强度的定义? 1．这也不难循常理推想而知．当那些实验物理学 家在研究光电效应时，因为已经发现光的频率 对能 维普资讯 http://www.cqvip.com

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