光学光电子概念篇1
摘要:
物理概念作为物理学知识体系的支柱，对其理解和掌握的程度直接影响到教学质量。对物理概念教学的实施原则和方式进行了探讨:实施要求在知识传授过程中不仅仅停留在概念本身，更需要从物理概念的需求背景、本质内涵和外延、适用范围、缺陷和改进等诸多方面进行讲解，使学生形成一个完整清晰的物理图像。实施方式要求创造好的学习环境来激发学生的兴趣以及调动学生的主观能动性和创造力。通过有效启发学生的思考，并使其受到科学精神的感染，达到有效理解和掌握物理概念的目的。
关键词:
物理学概念;科学素质;科学精神;教学方法;教学效果
物理学是研究宇宙中存在的各种基本物质结构及其运动和相互作用规律的学科，是人类认识自然和改造自然的工具。大学开设的物理基础课，可培养学生的科学素质和品质，也为后续专业课程学习奠定基础［1］。物理基本概念用于概括、归纳、表述事物变化的基本规律，是学科基础，对其深入学习可培养学生物理学的研究方法和思维［2］。
1物理概念教学的意义
大学物理通过向学生传授基础物理知识，培养学生基本的物理思维能力、科学品质以及物理学研究方法［3］。物理学概念(包括原理、定理、定律)是针对学科发展需要，在实验和理论基础上，通过反复的概括、抽象和归纳得到的，体现了学科的思维和发展方向，相应的学习和掌握至关重要［2］。
1．1培养解决和分析问题的能力
物理概念是物理学发展的支柱，任何一门物理学分支的发展都离不开特有物理概念的引入。如力学的发展，离不开力、力矩、动量、能量等基本物理概念的支撑。为了描述阻止物体的力，引入摩擦力，根据物体运动方式不同，又分为滚动和滑动摩擦力;为了研究物体的形变特性，引入了压力、剪切力等概念［4］。
1．2培养物理学的辩证和统一研究思维
有些物理概念是矛盾的结合体，如光的本质，即“波粒二象性”，对其认识一波三折。最早笛卡尔、牛顿的微粒学说，成功解释了光的直线传播现象。波动学说起源于胡克，认为光是类似水波振动，惠更斯提出光是纵波。“牛顿环”体现了光的波动性，却以微粒和以太进行解释。随着托马斯•杨干涉、菲涅耳衍射、麦克斯韦电磁场理论研究，以及赫兹(Hertz)对光的电磁波本质实验证明，人们逐步接受了光的波动性。直到19世纪末，在光电效应研究基础上，爱因斯坦提出了光的“波粒二象性”［5］，为新学说奠定了基础，如康普顿效应，德布罗意物质波、测不准原理、薛定谔波动方程等。
1．3培养融会贯通、触类旁通能力
很多物理概念会经历提出、实验或理论证实，逐步推广和深化，甚至扩展到其他领域的过程。这说明该概念的思维反映事物本质，精确描述了对象特征。如热学里“熵”概念，最先由克劳修斯(Clausius)基于描述热机循环状态的需要而提出，后来分子运动论将其解释为不可逆热力学过程是趋向于概论增加的态变化(波耳兹曼熵)。经过多年沉淀，又被控制论、数论、概率论、生命科学、天体物理等领域引入并应用，说明其思维方式被认同［6］。教学中可以把熵作为专题进行讲解，从不同学科集中阐述物理思维。
2物理概念教学的方法
大学物理学的教学目的如下:
1)通过掌握基础物理知识，为学习后续专业知识打好基础;
2)全面了解物理学研究方法、基本概念、物理图像以及历史渊源、发展等;
3)培养和提高大学生科学素质、思想、品质、精神等，通过了解科学发展的曲折和艰辛，科学研究的合作和乐趣等，培养学生科学思维方法、求真务实的科学品格，使其初步具备科学研究能力［1，7］。下面结合物理学特点以及教育理论和实践，对物理概念教学方法进行探讨。
2．1引入物理概念背景的教育需求
介绍物理学概念背景帮助学生充分理解概念引入的意义和作用。在此基础上，设计问题引导学生进行自我思考，如:若你们在此背景下引入新概念，应该采用什么概念来描述物质特性或规律，它与现有概念相比有哪些优缺点?通过学生的深入思考和讨论，使其充分认识和理解所引物理学概念的意义和重要性。这也是启发式教学的常用方式［8］。如讲解微粒比表面时，根据背景提问:对于一个物体而言，表面原子存在大量断键而很不稳定，表现为较强活性，是不是体积越大活性越强?通过讨论发现单纯的体积特征不合理，体积越大，内部包含原子数越多。进一步提问:如何描述微粒活性，并进行相应对比?这会激发学生的兴趣，出现类似单位质量的物质表面等答案。最后，指出微观粒子的尺寸效应最为重要，引出单位体积的表面积概念，即比表面积。
2．2讲清物理概念的本质内涵和外延物理概念的发展
体现在内涵不断丰富和外延在不同领域的扩展。温度概念的发展就体现了内涵的丰富，从表征“环境的冷热程度”到“分子平均平动动能的量度”，再到“物体内部分子的无规则热运动剧烈程度”，最后推广到“粒子集居数的反转现象”，也就是“系统处于总能量高于平均能量的状态”，并提出负温度的概念。折射率的概念则体现了其外延的扩展，最初表征不同材料之间的偏折，后表征传播速度。其实光传输的速度决定于材料原子之间电场的大小，也体现了原子结合力的高低，所以所承载的外延信息很多，包括光学、原子物理以及物质结构等不同学科。一些物理学概念是联系不同领域的纽带，如阿伏伽德罗常数是联系宏观与微观的桥梁，对其内涵的理解比单纯数值更有意义。
2．3循序渐进和系统性的教学
有些概念贯穿于整个物理学体系中，需要多学科的共同学习才能深入和系统地认识。以物理学中极其重要的“场”的概念为例，最先由法拉第(Faraday)基于电磁相互作用的超距观点提出并进行直观描述;随后麦克斯韦从数学上推导了电场和磁场强度的波动方程，深刻地阐述了电磁场能量的分布［9］;列别捷夫(Lebedev)通过对光压的观测证明了电磁场动量特性;爱因斯坦狭义相对论的创立，证明场是物质存在的一种形式，具有能量、动量和质量;量子力学体现了场的“波粒二象性”;电磁场量子理论证明光子是电磁场的基本微粒，可与正负电子对相互转化，具有实物转化性，丰富了场的物理本质和内涵［10］。“场”在电磁学、力学、相对论、量子力学等领域都有体现。教学中要从“场”的基本特性、规律和共性出发，逐步深入:最初通过力学中重力(万有引力)引入重力场强、重力势能(引力场强、引力势函数)，初步建立场的概念;电磁学或电动力学则通过电荷库仑力场引入库仑场强和库仑势，通过场矢量的通量分析和环流分析分别得到高斯定理和安培环路定理;相对论和量子力学通过波函数分析进一步加深对场的理解。
2．4引入必要的物理学史教育
物理学的发展过程是科学家为了解决自然界遇到的新问题而不断探索的过程，所提物理概念是对所描述对象的高度概括［11］。新概念的提出、完善和修正需要科学检验和论证，错误的被或修正，正确的被采用或推广，这体现了物理学思维方式。结合物理学史，对成功或失败的物理概念进行分析和对比，有助于培养学生理性思维。成功实例:原子物理中“紫外灾难”催生了普朗克(planck)的量子概念，后来爱因斯坦的光量子说，成功地解释了光电效应，开启了量子力学新篇章;描述基本粒子单元的夸克(quark)概念，被逐渐证实。失败实例:描述光传输的“以太”概念被实验否定。当前还有很多概念亟待进一步论证，波尔(Bohr)与爱因斯坦关于量子力学的著名论战就是一个很好的证明。这可以培养学生思辨的习惯、求实的精神和相互包容的优良品质。
2．5构建清晰物理图像
很多概念的提出都基于不同的研究思路和思维，需要建立完整清晰的物理图像再现其物理思维和描述意义［12］。以麦克斯韦方程组为例，它体现了电磁学基本研究思路:对电场和磁场进行曲面和曲线积分，得到相应的源。学科适用范围体现了不同思维，如电磁学规律是基于宏观的分析，量子力学是处理微观世界的规律，具有完全不同的研究思路和适用范围。以电磁波发射为例，电动力学基于LC振荡，量子力学电子跃迁。对比讲解对构建知识体系和正确应用很有益。形象化表述是构建物理图像的主要方法之一，如在光学中讲述菲尼尔圆孔衍射的光强空间分布规律时，可以采用半波带法、矢量图解法等进行分解，达到获得清晰物理图像的目的［13］。加强实验教学有助于构建物理图像，可分为重建性和探究性，通过实验再现物理知识或根据预设要求通过实验得到结果。
3教学措施和效果
为了有效开展物理概念教学，我们对教学方法进行了改革，主要涉及到:分组讨论式教学、改革考试方式、推行非标准化答案、重建基本概念、推荐内容丰富的教材和参考书、加强实验教学等。分组讨论式教学是创造机会使学生对物理概念的提出背景、必要性、可以解决的问题进行深入讨论，在争论中增强对概念本质的认识。典型问题有:物理概念需求背景、自我设想和构建、解决问题程度和预期目标、现有物理概念对比等。通过以上教学，学生在考试中对基本概念的描述正确率大大增加，平均得分率由72%提高到83%。非标准化答案旨在锻炼学生想象力和发散性思维，围绕物理概念进行问题设计，采用多种表述方式进行分析。采用撰写论文形式进行考试，要求学生通过文献查询、收集信息等方式来阐述物理概念的内涵和外延等，全面锻炼学生能力:信息查询、归纳总结以及写作表述能力等。考试成绩比重由原来的15%增加到30%，更能体现学生能力水平。随着学习不断深入，需要通过扩展物理概念的内涵或外延对新事物及其特性规律进行描述。如随着激光光强的增加，对材料的光电离会由单光子电离扩展到多光子电离，由线性光学扩展到非线性光学以及激光等离子体物理［14］。推荐内容丰富的教材和参考书也是一种很好的方式。如原子物理教学中可推荐杨福家的《原子物理学》［15］，该书图文并茂，有很多经典故事，同时设计了很多启发式问题，使用者反映良好。光学教学中可推荐冯国英、周寿桓编写的《波动光学》［16］，该书内容丰富，主要物理概念和定律后面附有matlab应用实例，有利于学生学以致用和形象化理解物理概念。另外，美国学者artHobson编写的《物理学的概念与文化素养》等，都能为物理学概念的学习提供很好的参考。
4结语
物理学概念是物理学发展和前进的基石，体现了研究过程中遇到的新问题，反映了为了解决问题提出的新思维和方法，表征了物理学发展的趋势和方向。物理学概念学习主要体现在基础知识的掌握、科学品质和精神的培养、科学素质的锻炼等方面。从教学方法上需要从构建物理图像出发，结合物理学史的引入，激发学生主动性，达到全面掌握物理概念内涵和外延的目的。具体实施方式上，可以结合考试改革、非标准化答案、推荐优秀教材等来实现。
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光学光电子概念篇2
关键词：教材；γ袁变；光电效应
中图分类号：G633.7 文献标识码：a 文章编号：1003-6148(2012)4(S)-0032-2
我校从2009年秋季开始使用教育科学出版社出版的高中物理教材，到本学期结束已完整使用了一轮。教师普遍反映教材总的来说是好的，充分体现了新课程改革的要求，并且在很多方面跟其他教材相比也有其特色之处。但金无足赤，笔者认为教科版高中物理教材(以下简称教材)中尚有个别值得商榷之处。由于笔者的知识及可查阅的工具书有限，切盼专家同仁予以指教。
1 关于γ衰变的表述：
教材3-5的41页关于放射性衰变的定义：放射性元素是不稳定的，它们会自发地蜕变为另一种元素，同时放出射线，我们称这种现象为放射性衰变。笔者认为从定义的内容来看，衰变后要有新元素的生成，而γ射线是在处于高能级的原子核向低能级跃迁时产生的，释放的能量以γ光子的形式辐射出来，原子核在释放γ光子后，并没有新元素的产生。和笔者分析的情况一样，在本教材42页就出现了这样一句话：γ射线不带电；它从原子核射出后。原子核的电荷数不变，我们把物质放出y射线的过程叫γ衰变。这让笔者在教学中产生了极大的困惑，原子核的电荷数不变，那就是没有新元素的产生，放出γ射线的过程就不应该叫γ衰变。后来笔者查阅大量的资料，发现在杨福家所著《原子物理学》中有这样的描述：处于激发态的原子核是不稳定的，它要向低激发态跃迁，同时往往放出γ光子，这现象称为γ跃迁，或y衰变。这样来说，课本中γ衰变的说法是有理论支撑的。但作为中学教材还是应该严谨些，像衰变这种前后概念自相矛盾的情况不应出现。
反观另一版本教材在对这个问题的表述上，就有意做了回避。如71页中：当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随γ辐射。请注意，这里用的是γ辐射，理解起来就不会有问题。
2 光电效应：
2.1 遏止电压概念的缺失
教材中没有出现遏制电压的概念。笔者以为既然用到了最大初动能的概念，也应该介绍遏止电压。
2.2 光强越大，光电流越大吗?
教材3-5中71页有这样一句话：当入射光的频率高于截止频率、光电流出现时，光电流的大小由光强决定，光强越大，光电流越大。笔者认为这句话值得商榷。首先我们先来看看光强的概念：单位时间里垂直于光的传播方向上的单位面积内通过该面积的光子的能量总和。由此可知，单色光的光强公式为：i=nhv。也就是说光强由两个因素决定：Ⅳ为单位时间内通过垂直光传播的方向上单位面积上的光子总数，υ为光的频率。如果光强仅是频率增加引起的，此时的光电流是不会增加的。
教材中的表述若改为“入射光频率一定时，饱和光电流强度is与入射光强度成正比，”，理解起来应该更准确。
3 教材与教参的匹配问题
教材在使用过程中，了解编者意图的最好的途径就是阅读教参。教参的必修部分做的很好，不但在教学的内容方面给予教师高屋建瓴的指导.而且在课堂教学组织方式上向教师展示了新课程的教学组织模式，使教师感到新课程教学模式不是那么陌生。但选修部分，尚有进一步改进的空间。
笔者在使用本套教材过程中产生了以上不同的见解，但只是个人的理解，观点未尽成熟，在此期望与编者、专家及广大同仁共同商榷。
光学光电子概念篇3
【关键词】高中物理核心概念学习方法研究
【中图分类号】G632【文献标识码】a【文章编号】1674-4810（2013）35-0127-01
一高中物理核心概念学习的重要性
1.能完善高中生的知识结构
高中物理的核心概念是高中物理知识的高度概括与抽象总结。在初中的物理知识中，往往是对实验现象的认识和对知识的表象认识。在进入高中物理的学习阶段后，学生需要更多地摆脱表象认识，试着从原理的角度来认识和解决问题。对高中物理核心概念的学习，能丰富和完善高中生的知识结构，提高自己认知和解决问题的能力。
2.能加强各个知识点的联系，强化学习效果
我们知道，高中物理有力学、电学等核心知识点。在传统的学习中，不注重对核心概念的学习，往往造成学生各个知识点的学习是割裂的，没有一定的内在逻辑。通过对核心概念的学习，学生能把一个知识点的学习体验来迁移到另一个知识点上，往往能起到事半功倍的效果，能使学生在已有的理解的基础上支持后来的学习。
二高中物理核心概念学习方法探讨
1.核心概念的简介与梳理
“运动”是力学的重要概念。在这一节中，有两个重要的知识点，首先是位移这一概念和初中时学的不是同一个概念，这是第一个要注意的点。第二个重要的点是加速度概念的引入。“机械能守恒”主要在于介绍动能、势能及其之间的转化。通过机械能守恒，我们可以引入到“动量守恒”。这也就是文中提到过的，让学生通过对核心概念的学习，可以把各个知识点联系起来，因为这些知识点本身就不是割裂的，而是有着自身的内在逻辑关系。
在电学的一系列概念中，有四个是比较核心的概念，分别是静电场、恒定电流、电磁波、磁场，因为这四个概念是贯穿在其他概念中的，如果能深入理解这四个核心概念，才能为其他概念的学习打下坚实的基础。在“分子动理论”这一章节中，我们可以发现，不管是“热力学定律”还是物体的三大形态之间的转化，都与“分子动理论”有着内在联系，因而我们把“分子动理论”作为这一章节的核心概念来学习，通过这一概念的深入理解，可以更好地理解为什么物体的形态在一定条件下可以转化等神奇的自然现象。在光学的学习中，我们把“几何光学初步”和“物理光学初步”作为两个核心概念来学习。因为不管是光的折射，还是光的偏振和光的色散都和这两个概念有关。
其他的核心概念还有原子的结构、原子的变化、波粒二象性和相对论这几个概念。这些核心在它们所属的章节中，都是核心概念，此处不再赘述。
2.核心概述的学习方法探讨
在总结的11个核心概念中，在五大领域的分布如下：力学2个、电学2个、热学2个、光学2个、近代物理3个。接下来，我们主要谈谈这些核心概念的学习问题。
第一，以“能量守恒”的学习为例。在“能量守恒”这一概念的学习中，学生要注意知识的前后衔接。我们知道，在小学和初中，我们对“能量”这一概念有所认识。小学生对能量的理解是肤浅的，如电能发光、热能传递，这种表象化的理解是我们在小学阶段对“能量”的主要理解。在初中阶段，我们对“能量”的理解有所深化，但是在初中阶段并没有引入“分子动能”这一概念的理解，所以也不能真正理解能量。
进入高中阶段后，对能量的理解，要更多的和能量的定量、守恒这些性质联系起来，自觉地对能量守恒这一概念进行前后衔接的深入理解。此外，教师可以介绍原子能与其他能量的转化、核能产生的具体机制及其转化，电势能与其他能量的转化、定量掌握各种机械能之间的转化和机械能守恒等能量守恒的形式，帮助学生对“能量守恒”这一概念深入理解。
第二，教师对学生概念性的引导。通过上文我们以“能量守恒”这一核心概念的学习为例，我们发现，在核心概念的学习中，教师起着很大的作用，这种作用体现在概念性的引导方面，体现在知识扩展的引入方面。老师们不用担心过多概念的引入会加重学生的学习负担。因为知识有着系统性的特点，单一概念的学习反而会引起学习效果不佳，而旁及概念的引入，多概念会更好地帮助学生学习、理解高中物理中的核心概念。
第三，学生自觉地衔接前后对概念的理解。通过我们对“能量守恒”这一核心概念具体学习方法的介绍，我们发现，学生自觉地衔接小学和初中对某一概念的理解，能不断地丰富自己的知识体系，强化对现阶段的物理知识的理解。
三结束语
通过对高中物理核心概念的界定，可以发现，这些核心概念贯彻了整个高中物理的学习过程。在对这些核心概念的学习方面，一方面老师要做到概念性的引导和拓展，同时，学生更要在对核心概念的学习中发挥自己的主体作用。常言道：教学相长，通过核心概念的教学，教师本身也在不断地丰富自己对高中物理核心概念的理解。
参考文献
[1]范增.我国高中物理核心概念及其学习进阶研究[D].西南大学，2013
光学光电子概念篇4
一、深抓概念教学,打好坚实基础
物理概念教学是教学活动中的重要环节,忽视概念教学,只讲不练，或练的不够，是导致概念题错误的主要原因。
例1:交流电的有效值:
a.是根据电流的热效应规定的;
B.是最大值的一半;
C.可以表示任意时刻交流电的大小;
D.是最大值的倍。
此题考查对交流电有效值的理解,并涉及数值的记忆。本题应选a，但考试时选B、C、D的不少。存在的明显问题是对有效值的物理意义没有理解,对"有效"在这里指什么而言没有掌握,错选C项。其次对有效值与最大值的关糸记混,而错选B、D项。特别是对题中"最大"字意没有弄准,认为有效值比最大值还大,可见审题也不够严谨。对于这些问题,在教学中教师应在讲清有效值和最大值的物理含义后,配以相应的习题,以助理解,而不能死记数量关系。
二、加强实验教学,切忌"纸上谈兵"
物理学是以实验为基础的科学。搞好实验教学,将有助于学生认识和理解物理概念。应付实验或"纸上谈兵",缺乏条理训练,特别是缺少基本技能训练,都是不可取的。
例2:用伏安法测量电阻,待测电阻的阻值大约为15Ω,所用的电流表的内阻是20Ω,电压表的内阻是3000Ω。如图所示的两个测量电路,应该选:
a.甲电路,但测量值偏大;
B.甲电路,但测量值偏小;
C.乙电路,但测量值偏小;
D.乙电路,但测量值偏大。
本题考查实验原理的上一个具体应用和误差分析。须根据欧姆定律i=U/R,分析图甲中电压表的分流和图乙中电流表的分压对测量值的影响,从中得出测量值与真实值大小关糸,还须根据待测电阻与电流表内阻的差异、待测电阻与电压表内阻的差异,分析由于图甲中电压表分流和图乙中电流表分压所产生的误差,从而确定本题答案为B。但会考时,许多学生并没有选择B,分析原因,一是忽略了电压表、电流表分流作用和分压作用,二是不会运用欧姆定律分析误差,三是用测量值代换基本公式中有关量时,推导过程不仔细,这些都反映出学生分析和解决具体实验问题的能力还较差。提高它的关键是在教师做好实验技能示范的基础上,切实让学生做好每个实验,认真分析每个实验现象和所得的结论,不马虎了事,不走过场。
三、加强形象思维训练,既动手又动脑
作图题在会考中经常出现,对这类题,许多学生往往不知所错,暴露出在平时教学中,缺少足够的形象思维训练,图形与物理规律不能很好的结合起来。
例3:a、b为点光源S经平面镜反射的两条光线。试完成光路图,确定光源S和它的像S′的位置。这是一道根据光传播的有关规律完成光路的作图题。根据调查,得分率很低。是什么原因造成的呢?最突出的问题是:所画光路图中光线箭头及有关角度标识不全,没有显示出光源S和它的像S′的对称性,无法体现反射定律。这些问题不能简单的认为是学生作图不规范和马虎的问题,这是直观图形没有与物理原理挂钩、形与理脱节的问题,也是理论联糸实际的能力问题。教师在这方面应有足够的认识。
四、提高对物理学史的认识,注重方法论教育
物理学史是人类自然科学史的重要组成部分。加强对物理史实的认识,是对学生进行科学方法教育、唯物主义思想教育的重要步骤。在教学中,教师应启发学生循序渐进,逐步认识。
例4:卢瑟福在原子科学研究中的贡献是:
a.发现了电子,并证明原子具有复杂的结构;
B.根据α粒子的散射实验,建立了原子核式结构学说;
C.用α粒子轰击氮核,发现了质子;
D.用α粒子轰击铍核,发现了中子。
光学光电子概念篇5
一、光电子的产生
金属及其化合物在光的照射下释放出电子的现象叫光电效应现象，释放出来的电子叫光电子。光电效应的实验规律必须用爱因斯坦光子理论解释。在教学中经常遇到学生提问：吸收光子的电子是金属中的什么电子？是束缚电子还是自由电子？这个问题值得考虑。
吸收光子的电子应该是金属中的自由电子，而非束缚电子。分析如下，如果是束缚电子，根据能量守恒定律，其光电效应方程应为：
式中w是电子越过金属表面时克服表面势垒所做的功，e是束缚在某壳层上的电子电离出来所需的能量。实际上，许多金属的逸出功的值约为2.0—7.0eV，比e的值要小得多，而和w相当。例如铯的最低电离能约为3.9eV,其逸出功约为1.9eV，如用1.9—3.9eV的光子入能使铯产生光电效应，而不能使铯的束缚电子电离。很显然逸出的光电子并非是束缚态的电子。那么电子克服表面势垒所做的功w与逸出的功的关系怎样？在金属表面附近，由于垂直于表面的晶体周期性中断，作用在表面原子内外两侧的力失去平衡，相应的电子密度分布也发生变化，通过表面原子和电子自洽相互作用，使得表面原子和电子分布趋向新的平衡，在表面区出现电偶极层，电子穿越该层区逸出表面时要克服电场力做功。此功与逸出功的值正好相当。
由上述可知，光电效应中光电子是金属中自由电子吸收了光子的能量而产生的。当然，如果光子能量大于原子的电离能，则束缚电子也可以成为光电子。由于普通光电效应中入射光子的能量并非很高，因此不可能使束缚电子逸出。如若电子能量过高，则会发生康普顿效应而非光电效应。因为不同能区的光子与金属发生相互作用时会产生不同的效应。当入射光子的能量较低时（hv<0.5meV）以产生光电效应为主；入射光子能量很高时(hv>10meV)，光子可产生正负电子对；入射光子能量介于以上能区之间时，其能量的衰减主要取决于康普顿散射。
二、金属的极限频率
在光电效应实验中，每种金属都存在一个极限频率，当入射光的频率低于极限频率时，不管入射光多强，都不会有光电子逸出；只有当入射光的频率高于极限频率时，金属才会发射光电子，产生光电效应。
上述实验现象可以用光子理论解释。电子由金属逸出，至少需做一定量的功w，称为此金属的逸出功。光照在金属上。电子一次吸收一个光子的能量hv。如果hv
如果电子能够将光子能量积聚起来，即电子吸收一个光子后待一段时间再吸收一个光子，或者一个电子能同时吸收两个甚至更多个光子，则光子理论就无法解释为什么会存在极限频率。因为，一个光子的能量若小于逸出功，那么多个光子的能量总和可以高于逸出功，所以无论什么频率的光都可以产生光电效应，不可能出现极限频率。
所谓电子积聚能量，是指电子获得一个光子后，将能量保存下来，直到再吸收一个光子。事实上，当电子吸收光子后，它的能量便高于周围的电子和原子核而处于非热平衡状态。根据热力学原理，不平衡系统会通过各种方式趋于平衡，电子便会把所得能量向四周围粒子传递，实验证明，这个传递时间非常短，不超过10-8秒。而在这么短的时间内电子再吸收一个光子的可能性究竟有多大呢？
一般光电效应实验所用的光源是普通光源，普通光源其发光机制以自发辐射为主，光强较弱。我们不妨设入射光的强度为100瓦/厘米2（在普通光源中光强很高了），频率为6.0×1014赫的光在10－8秒内流过每平方厘米的光子数为：
个/厘米2
金属原子间距离的数量级为10－8厘米，若每个原子提供一个电子的话，每平方厘米就有1016个电子，以电子能够吸收到一个原子大小范围内的光子计算，则吸收到一个光子的概率是
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而在10－8秒内一个电子连续吸收两个光子的概率是(2.5×10-4)2=6.25×10-8
可见普通光源照射下的双光子吸收概率是非常小的，以致于在实验中无法观察到。那么，多光子吸收是否可能发生呢？回答是肯定的，但要在强光下的光电效应中。实验证明，当用激光作光源进行光电效应时，已经实现了双光子、三光子吸收。多光子吸收在理论上（非线性光学）已经证明也是可以实现的。因此，对于光电效应所得的实验规律，特别是每种金属存在极限频率，以及爱因斯坦光电效应方程等，都是在弱光（线性光学）范畴内适用，而对强光（非线性光学）则不适用。即适用于单光子吸收情形，不适用双光子或多光子吸收情形。
三、光电流与光强
在高中物理教材中介绍光电效应规律时，并未对光电流和光强这两个概念作进一步说明。尤其是光强。实践表明：学生能否全面正确理解光电效应规律，正确理解光电流与光强的概念是关键之一。
正因为如此，教学中向学生指明光电子仍是通常意义上的物体内部的电子，只是由于受光的照射而激发出来才叫光电子。把由光电子在外电场作用下产生的电流叫光电流。在光电效应实验中，当入射光频率大于极限频率时，用频率一定，强度不同的光照射，实验得到的是光电流的最大值（饱和光电流）按正比关系随入射光强度增大而增大。因此教材中的“光电流强度与入射光的强度成正比”，应理解为入射光频率一定时，饱和光电流强度与入射光强度成正比。
教材中没有给出入射光强度的定义，我们可以借鉴声强定义，给光强下个定义。按照光子的观点，一束光实际上是一群以光速沿着光的传播方向运动的光子流，每个光子的能量为hv，因而光强可定义为：单位时间里垂直于光的传播方向上的单位面积内通过该面积的光子的能量总和。由此可知，单色光的光强公式为：i=nhv。
式中n为单位时间内通过垂直光传播的方向上单位面积上的光子总数。据此，单色光的光强应由光的频率和光子的发射率两个因素共同决定的。
当光的频率一定时，饱和光电流im=ne（n为单位时间内从金属中逸出的光电子数，e为电子电量）与入射光强度成正比。入射光强度越大，单位时间内到达金属表面的光子数越多，单位时间内从金属表面逸出的光电子数就越多。可见单位时间内从金属逸出的光电子数与入射光强度成正比。实际上，与入射光强成正比的正是单位时间内从金属中逸出的光电子数，而非光电流强度。
四、一个中学不宜讨论的问题
在许多的资料中经常出现如下问题：用强度相同、频率不同的光分别照射同一金属，比较相同时间内逸出的光电子数多少。
这个问题在中学不宜比较。
前文讲到，光子与电子的作用结果有多种不同情况。例如，用紫光照射某金属可发生光电效应，如改用同强度的X射线照射，此时主要表现为康普顿效应，而光电效应几乎可以忽略。因为X射线光子能量远大于电子的束缚能，此时电子可视为自由电子，当光子与这种电子作用时，电子只能获得光子部分能量，变成反冲电子，很难发生光电效应。
【关键词】物理教学；科学方法教育；学生；自主学习；效率
培养学生的科学素质，是进行物理教学改革，促进物理教学质量提高的一项重要课题。物理教学中，加强科学方法的教育不仅可以使学生正确理解物理概念、掌握物理规律，而且能使学生通过运用物理概念和规律的掌握，逐步树立科学的世界观，掌握科学的物理方法解决实际问题，从而在提高智能水平的基础上提升科学素质。在目前的物理教学中，由于仍然存在着“重知识传授，轻方法教育”的倾向，结果导致知识掩盖了方法，科学方法的能力价值大大丢失。教学只注重学生对知识的接受、理解和应用，教学原则和教学环节的设置主要是为了保证学生能通过最短的过程，以最快的速度获得知识。因此，知识获得的过程被教师高度浓缩，学生不必进行积极的思维活动就可以获得有关知识，更不必独立地运用科学方法进行探索。久而久之，形成学生只关心知识，而不关心自己的思维方法的不良习惯。如何实现这种改变，就需要我们教师在物理教学中注重科学方法的教育培养。
一、结合概念、规律的学习，让学生认识科学方法
一个物理概念的建立，一定有与之对应的科学方法的产生，甚至某些概念本身就是科学方法，我们要抓住概念建立所使用的科学方法教育。例如：质点、刚体、理想气体、等压过程、卢瑟福原子模型、波尔氢原子模型等概念的建立，都使用了模型化的方法。在进行这些概念的教学时，既要使学生明白模型的概念，又要让学生知道建立模型的原因以及建立模型的过程。在力学教学中结合质点、刚体概念的教学，介绍实物模型的条件性；在热学教学中结合绝热过程、等压过程等介绍过程模型；在原子物理教学学中结合原子的“葡萄干蛋糕模型”、“有核行星模型”、“波尔氢原子模型”介绍内心的流动性等等。这样就能使学生对模型化方法有较为全面、深刻的认识。一个物理规律的形成，也必将有与之对应的科学方法的产生和应用，要结合规律讲解、使用和说明科学方法。例如类比法是一种很富有创造性的逻辑思维方法，会更新根据声音的反射和折射等现象，推断光具有波动性；可以认识到万有引力与静电力的相似性，应用类比的方法进行研究与探索，得出了电荷间相互作用力的平方反比律；德布罗意把光子同物质粒子进行类比，提出了物质微粒具有波动性质的预言。在物理教学中用物理学家使用过的类比方法来讲解这些规律，不仅使内容易被学生理解，而且能使学生体会到物理学家的思维方法。
二、通过变换式的习题解答，训练学生掌握科学方法
解题是教学的重要环节。通过解题训练，能够对学生进行多种科学方法的训练，如“一题多解”、“一题多变”、“多提归一”等，是训练学生掌握科学思维方法的有效方式。例如，有一个凸透镜的焦距为15cm，位于主光轴的一个光源距透镜20cm，求像点位置。这是一道简单常见的光学题，把它进行如下变换改造：变换1：若使点光源在竖直平面内沿垂直主光轴方向做振幅为2cm的简谐振动，则像点的振幅为多少？变换2：若使透镜在竖直平面内沿垂注光轴方向做简谐振动，已知像点的振幅为12cm，那么透镜的振幅为多少？变换3：若用黑纸将透镜遮去一半，点光源所称的像有什么变化？变换4：若将透镜从光心处垂直侧面切成两半，其成像情况怎么样？在这道题的解析过程中，变换1要求学生从定向思维过渡到发散思维；变换2要求学生从正向思维过渡到逆向思维；变换3和变换4则要求学生借助形象思维过渡到到抽象思维。教学实践证明，习题变换和思维训练，不仅可以使学生加深对物理概念、规律的理解，而且也是训练学生掌握科学的运用方法，提高思维的灵活性和思维的深刻性的一条有效途径。
三、通过设计物理实验，引导学生运用科学方法
实验室物理学的基础，是认识物理运动的基本途径，物理实验的设计、操作和结果的分析处理无不渗透着科学方法，在各类实验中，设计性实验是训练科学方法的最高层次。所谓设计性实验就是教师给出实验课题，提出实验要求，实验室提供实验器材，由学生自己查阅有关资料，确定实验方案，选择仪器，自拟实验步骤，完成测量任务，最后写出实验报告。设计性实验的核心是设计、选择实验方案。中学物理中的设计性实验，一般是根据学校提供（或限定使用）的器材、实验要求，选择实验方法和测量方法，选择合适的测量条件。例如：测电源电动势和内电阻的实验，实验室提供电源、电压表、电流表、电流计、电阻、导线、开关等器材，学生根据已学知识——全电路欧姆定律——确定实验方案，选择器材，连接电路，完成测量并填写实验报告。由于电压表与电流表在接入电路中的接法的不同，将影响实验结果，学生必须判断结果影响的最小的电路，即根据电压表、电流表的内阻大小选择合理的接法。设计这样的实验，要用到好几种科学方法：如转化法、类比法、等效法和近似法等。学生通过直接应用，不仅能加深对科学方法的认识和理解，而且能提高思维创新能力，更重要的是培养了创新精神。
关键词：有效教学;新课导入;教学方法;激发兴趣
良好的开端是成功的一半。新课的导入对学生的学习起着定向的作用：能使学生明确学习的目标，激发起学生的学习动机，还为学习新的知识做好必要的知识准备和心理准备。因此教师应在深入研究新课标、新教材及了解学生的基础上，根据不同的物理课题和有关的条件，本着导入环节的目的性、针对性、直观性、启发性和趣味性的要求，在新颖别致、妙趣横生的气氛中导入新课。这对提高课堂教学的实效性有着十分重要的作用。
一、问题引入法
亚里士多德说：“思维自疑问和惊奇开始”。教师对新内容有关的知识，精心设计出问题，激发学生求知的欲望，自然地引入新课是常用的方法。
例如：在平抛运动教学前，可提出问题：一架水平飞行的运输机，怎样把救援物资投向指定地点？是在指定地点的正上方法投下，还是在离指定地点有一段水平距离时投下？在斜抛运动教学前，可提出问题：在比赛场上，运动员怎样投掷才能取得最佳成绩？是不是投掷的力越大，速度越大，投掷的距离就越大？在讲电磁感应时，可由导体周围存在磁场引出问题：那么磁能否生电？磁怎样才能生电？精练的几句话，把学生引入新知识的天地，学生容易接受，同时，也为区别“电生磁”的知识埋下伏笔;
问题导入法容易操作，但应注意所提问题应与生产、生活实际紧密联系;而问题的呈现方式也应根据课堂和学生的实际来适当调整。而不能纯粹是“为问而问”。例如：上述例子中，问学生如何投救援物资可制作好课件，让学生来操作练习投放救援物资。利用学生爱玩的天性以及好胜的心理，激发学生学习的兴趣。
二、实验法
大多数物理概念的教学方法是通过实验演示，让学生透过现象，剖析揭示其本质而引入新概念的，学生易于进入教学情境，形成鲜明的印象，从而强化了学生对概念的理解和记忆。
例如，在引入弹力的概念时，先演示小车受拉伸或压缩弹簧的作用而运动，说明弹簧在恢复形变时要对使之形变的物体产生力的作用;再演示弯曲的弹性钢片能将粉笔头推出去，总结得出物体恢复形变时要对使之形变的物体产生力的作用，进而得出弹力概念。又如，在讲述超重与失重时，让学生在弹簧秤下挂上钩码，静止时在指针下卡一块小纸片并记下示数，当提着弹簧秤加速上升时指针会把小纸片推到下方，此时发现弹簧秤示数增大了，从而给出超重的概念;同样，在观察弹簧秤加速下降时其读数减小的现象后，建立失重概念。通过实验演示的直观教学，有助于学生在头脑中形成新概念的情境，而留下深刻的印象。
三、类比法
类比是从事科学研究最普遍的方法之一，对科学的发展具有重要的作用。在物理学中，有不少的概念是用类比推理方法得出的。因此，针对这类物理概念的教学，其最佳方法就是用类比法进行引入教学。只有这样，可以使学生借类比事物为“桥”，从形象思维顺利过渡到抽象思维，从而深刻理解和牢固掌握新概念。
例如，与重力势能类比，引入电势能的概念;与电场强度概念的建立方法类比，引入建立磁感应强度的概念;将电流类比于水流，建立电流概念;将电压类比于水压，建立电压概念;把交流电相与相差的概念同简谐振动做适当的类比，建立交流电的相与相差的概念;把电磁振荡类比于弹簧振子或单摆，把电谐振类比于机械振动中的共振现象，建立电磁振荡概念等等。
四、设疑法
设疑如同悬念能引起学生积极的思维活动，经过学生积极思维之后得到的概念能经久不忘。在概念教学中设置疑难能更好地为概念引入创设思维情境，这是引入物理概念的一种好方法。
例如，引入全反射概念时，将一束光线从光密媒质（水或玻璃）中斜射到光疏媒质（空气），然后慢慢地增大入射角，当入射角增大到一定程度时，为什么折射光线不存在了呢？反射光的强度为什么加强了呢？学生都希望自己能找到一句准确的语言来表达这一现象。在学生分析疑问的基础上，引号学生抓住本质给出全反射的定义，能使学生牢固地掌握了全反射的概念。
五、激趣法
心理学家认为：一旦学生对学习产生了浓厚的兴趣，那便会自觉地集中注意力，全神贯注地去探索新知识。物理学是一门以实验为基础的科学，其研究对象是丰富多彩的自然界中物体运动与变化现象。因此，在物理教学中引入概念时应注意结合有趣的物理现象进行讲述去吸引学生，有助于学生对概念的了解，并激发出浓厚的学习兴趣，这是值得注意采纳的方法。
关键词：物理教学分析建议
中图分类号：G642文献标识码：a文章编号：1672-3791（2013）02（c）-0198-01
在高中物理教学中，最重要的是如何繁琐的物理概念明确的学生，使学生充分理解概念的内涵与外延，并学会使用的概念，分析问题和解决问题。对于引进的基本单元的物理系统的知识，适合新课程的教学理念，学生不仅会影响身体的概念的理解和掌握，也会影响的能力，激发学生的学习兴趣物理，主动参与教学活动。结合自己的所学到的知识，和我谈物理概念教学的几种方法介绍，以供参考。
1进行实验
概念演示实验物理分析的教学方法，揭示了自然的外观和引入一个新的概念，学生容易获得的教学情况，尖的印象，从而提高学生的理解的概念和记忆。例如，拉伸或压缩弹簧的动作和运动的概念，引进的第一个示范车的春天在恢复物体变形的弹性力，使变形力再次证明了引入弯曲弹性钢粉笔总结绘制对象恢复变形的变形力的对象，你想它，然后一个灵活的概念。在另一个例子中，超重和体重下降，因此，学生们在春天的代码连接到固定指针的平衡下一张牌是一小片纸，下写的数字显示，指针将加速一个小的便携式弹簧秤纸张，弹簧的数量增加，这是考虑到超重，在相同的方式，减少其读数观察弹簧秤加速下降失重建立的概念的概念。在头脑的情况下，通过试点示范直观的教学，帮助学生形成一个新的概念，并留下深刻的印象。
2一个隐喻
这个比喻是从事科学研究，最流行的方法之一，在科学发展中具有重要的作用。在物理学中，有很多的概念，类比推理而得。因此，如果物理概念的教学，最好的方法是用比喻的方法引入教学。只有这样，才能让学生借用隐喻的东西，作为一个“桥梁”，平稳过渡，从图像思维，抽象思维，深刻理解和牢牢把握新概念。例如，与重力势能类比，引入的电势的概念；建立的电场强度的概念，并且引入的概念创建的类推的磁感应的电流的流动的比喻，建立目前的概念；类似于水的压力，产生一个电压的概念；建立恰当的比喻aC和简谐运动的相位和在aC电压的概念之间的差异之间的相位差的概念；类似弹簧振子或摆锤是类似的机械振动的共振现象，建立的概念的电磁振荡，电磁和电谐振振荡。
3设疑法
例如，总的内部反射的光束的光从光密介质（水，或玻璃）倾斜光学较薄的介质（空气）的概念引入，然后逐渐增加的入射角，当入射角增大到一定程度上，为什么折射光不存在，它呢？为什么是加强它的反射光的强度？学生们希望能找到一个确切的语言来表达这种现象。无疑抢占了市场分析的基础上，对学生的学生的全反射的定义，学生全反射的概念，牢牢把握精髓。
4包括一个实际的例子
在物理学中，有很多物理概念，分析常见的例子，在实际的生产和生活现象的分析，来把握其精神实质和总结，因此，引进这些概念的教学，我们可能会模仿的概念的过程中，创建模式“重复”的解释，并结合学生的认知基础，帮助学生发展，理解和把握这一概念的含义。
5激发学生的学习兴趣
心理学家认为：一旦学生有浓厚的学习兴趣，它会自觉地集中在繁忙的探索新的知识。物理学是科学实验的基础上研究对象是对象的运动和变化中的各种自然现象。因此，引进的概念在物理教学中应注意的结合有趣的物理现象告诉吸引学生，帮助学生理解概念，并有强烈的刺激学习兴趣，值得注意的是，通过该方法。学校层面上，没有最好，只有更好。物理是一门以实验为基础的学科。物理实验不仅生动、形象，还可以变静为动，变抽象为具体，变枯燥为有趣。因此，在教学中尽可能地引入各种实验，加强直观性教学，使学生充分运用各种感官感受事物，从而激发学生学习的积极性，提高教学效果。例如，为了加深学生对热传递知识的掌握，我用硬纸板做了一个纸锅，演示了纸锅烧开水的实验，实验前很多学生都认为：纸会立刻着火，水立即会把火浇灭。通过实验，他们却看到纸锅安然无恙，水在锅中沸腾的现象，激起了学生探索的欲望。
6能够举一反三，扩大知识
的基础上，抽象的物理概念，物理，建立这个概念的定义是用来揭示的内涵，抽象的概念，学生很难理解和难以接受。因此，对于这样一个概念，最好的教学外延的介绍。也只有这样，才能使抽象的概念具体化，学生可以很容易地理解和把握，也逐渐培养和提高学生的归一化只是概括和抽象思维能力。
7结语
除了上述的一些方法之外，还有很多类似的方法，我在此处不再一一列举了。不管我们采取哪些方法，我们都应该应该符合学生的要求，在不断创新的基础之上符合我们的教学规律是学生们真正的学好物理。给学生们最直观的形象，从而提高课堂的教学效果，为学生们的学习打好基础。总之，物理课的教学不仅要体现教师为主导、学生为主体的师生关系，而且还应最大程度地调动发挥学生的内在因素和他们的积极性，全面提高学生的思维素质。
参考文献
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答：所有的光都具有波粒二相性。在2012年11月出版的《科学》杂志中，英国布里斯托大学的物理学家阿尔贝托·佩鲁佐利用光子分离器使一个光子纠缠另一个光子，通过对第二
个光子的检测，证实了光子同时表现出波和粒子的特性。
第二个问题：从经典角度讲，任何粒子，只要它有一定的动能，都有一定的穿透力射出的子弹在一定射程内能击穿木板，相反，“强弩之末，势不能穿鲁缟”。这些现象用高中的“压强”概念就可以解释。光也是一种粒子，非静止的光子的确具有动能和光压。
但是，光和物质的作用，一般是从光子（或电磁波）与电子、原子、分子作用的角度来考虑的，比如可见光能穿透厚厚的玻璃，但不能透过一块薄薄的黑布。这种差别显然无法从“子弹穿木板”的角度来解释。这里要考虑的是光子被吸收的多少，即光子“消逝”的多少。能穿透玻璃，是因为被吸收的光子很少。光子是粒子的，但是玻璃的微观结构是很稀疏的、间距很大的格点阵列，对光子的吸收很有限。
要进一步理解这个问题，需要理解光子是一种能量量子化的概念，它的行为要用量子力学来描述，而不能用经典图像来看待。比如，它是什么形状？体积有多大？等等。
量子力学中，用波函数来描述光子这样的微观粒子比较好，波函数模的平方就是光子出现概率高的地方。在真空中，波函数模的平方在一条直线上出现极大值，所以真空中光沿直线传播。在介质（如玻璃）中，光子的能量被介质原子（离子、分子等）吸收，同时，介质原子（离子、分子等）跃迁到高能级上，它有一定概率再释放光子，整个过程是个动态平衡的过程，总的效果是波函数模的平方在穿透玻璃的地方出现极大值。光子跑到了玻璃的另一面，也就是说，光子穿透玻璃。同时，如果了解量子电动力学的方程后，会发现波函数模的平方极大值出现的地方与几何光学（折射定律、反射定律等）相一致。
尼尔斯・玻尔：如果谁在第一次学习量子概念时，不觉得糊涂，那么，他就一点也没有懂。
1“紫外灾难”引爆“量子革命”
灼热的物体会发热、发光。发热也好、发光也好，都是在发射电磁辐射，热辐射中包含很多红外辐射，即比红色光波长更长的辐射。红外取暖器就是利用这样的辐射。可见光，红橙黄绿青蓝紫；红色波长最长、频率最低；紫光波长最短、频率最高；比紫光波长再短的光，就是紫外光，再短就到X光、γ光。
灼热物体发热、发光所发出的辐射中包含有多种波长。那么，辐射的能量大小与辐射的波长有什么关系呢？例如，发出的红外、红光、紫外，其波长各不相同，哪一种波长的辐射所含有的能量更高一点呢？这是上一世纪即将结束时，科学家最关心的问题之一。当时有两位科学家，按经典理论导出的公式很好地解释了长波辐射与能量的关系，到了短波部分却出现了“紫外灾难”，即波长越短、频率越高、能量越大。那么，紫外线波长最短，所含能量就最多，即辐射能量都被紫外光分走了，显然与实验事实不符。经典物理出现了灾难性的后果，令人赞美不绝的、甚至被某些人认为已完美无缺的经典物理大厦的上空出现了令人不安的乌云。
1900年10月19日，普朗克凭借他丰富的经验凑出的一个公式，与最好的实验结果相比，符合得几乎天衣无缝！普朗克在喜出望外之时，下决心寻找此公式的理论根据。经过两个月的日夜奋斗，终于在12月14日从理论上导出了这一公式，先决条件是假定灼热物体吸收或发射辐射的能量必须是不连续的，即能量e=nhν，其中n必须是整数，即1,2,3；ν是辐射的频率，h是常数，后被称为普朗克常数,它是能量最小化的量度，即分立性的量度。能量大小只能是一个hν、两个hν…，而不能是半个或一个半hν…。量子的概念由此诞生，但是它与经典物理连续、平滑的概念相冲突，很难为人们所接受，连普朗克自己都不相信。他只好说，去商店内买黄油，只能一块一块买，但回来后可由你任意切割。量子概念的深刻含义及其给20世纪科技带来的革命风暴，那时尚无人能够预料与理解。
过了五年，爱因斯坦登场。在1905年，爱因斯坦不仅发表了相对论，而且用量子论解释了1887年赫兹就已观察到的、经典物理无法理解的光电效应。在观念上，爱因斯坦比普朗克进了一步：不仅认为物体吸收、发射辐射时，能量是一份一份的，而且，辐射本身是量子化的。黄油不仅是一块一块包装，而且，从本质上是切不开的。爱因斯坦依据光的量子说解释了光电效应，其理论的一系列预告被1912年里查德的实验完全证实，即使如此，爱因斯坦对光量子的深邃眼光不被物理学界所接受。例如，在1913年，当普朗克、能斯特（w.H.nernst）、鲁本斯（HeinrichRubens）、瓦尔堡(o.H.warburg)联合提名爱因斯坦为普鲁斯科学院院士时，在推荐书上说：
“我们可以说，几乎没有一个现代物理学的重要问题是爱因斯坦没有做过巨大贡献的。当然他有时在创新思维中会迷失方向，例如，他对光量子的假设。”
但是爱因斯坦不理这些嘲笑，继续向前迈进。在1916年，他确定了光量子的动量。同年，密立根的实验证实了爱因斯坦的光量子公式，并计算出普朗克常数。1921年爱因斯坦因解释光电效应获诺贝尔物理学奖（领奖是在1922年）。然而，对光量子概念的广泛接受，是在1924年爱因斯坦对康普顿效应的划时代的认识。
在1922年与爱因斯坦同时领诺贝尔奖的还有获当年物理奖的丹麦物理学家尼尔斯・玻尔。他在1913年一连发表三篇文章，把量子观念引入原子。正像英国喜剧作家吉尔伯特(w.S.Gilbert,1836-1911)的喜剧《爱奥兰茜》中的大法官，在“仙女嫁凡人者死”中加了一个“不”：“仙女不嫁凡人者死”，摆脱了仙女与凡人相恋而引起的困难。尼尔斯・玻尔在经典物理支柱之一麦克斯韦经典电磁理论(“绕一个原子核旋转的各个电子会辐射其能量并沿螺旋线缩进原子核”，因此，原子无法稳定存在)中加了一个“不”字。玻尔大胆提出“…电子不会辐射…”！从而解脱了他的导师卢瑟福的模型(原子中电子绕中心核运动)的困难，使原子能稳定存在。玻尔把当时人们持极大怀疑的普朗克、爱因斯坦的量子化和当时无人承认的卢瑟福的模型，与表面上毫不相干的、当时属于化学范畴的光谱实验巧妙地结合了起来，解释了近30年之谜――巴尔末氢光谱公式，即氢光谱不是连续谱，而是分立谱，正好与量子化相对应。玻尔理论不仅得到了光谱实验室的支持，而且还为与光谱完全独立的夫兰克赫芝实验所证明，即实验中电子与原子相碰撞，电子的能量只能一份一份地被吸收，半份能量被原子所拒收，从而使量子概念有了可靠的实验依据。玻尔获得了1922年诺贝尔物理学奖。
为庆祝玻尔的成就，在玻尔获奖一年后，世界物理中心之一的德国哥庭根举行了玻尔节，请玻尔发表演讲。在听众中有一位年仅20岁的大二学生，维尔纳・海森堡，他随导师索末菲来到演讲厅，一方面，他体验到了大师的演讲“每个字句都经过推敲，而且背后隐藏着深邃的思索”，另一方面，他真是初生牛犊不怕虎，面对物理大师，居然敢于提问，而且是极具挑战性的问题。玻尔立刻感到问题击中要害，而且还包含一种不寻常的概念。会后他邀请海森堡外出散步，作了颇为深入的讨论。后来，海森堡不止一次地说，这是他一生中最为重要的散步，决定他命运的散步――“我的科学生涯从这次散步开始”。不久，玻尔邀请海森堡去哥本哈根工作一段时间，并让他住在哥本哈根大学理论物理研究所(1965年改名为玻尔研究所)的阁楼上，而玻尔一家当时也住在旁边的一座小楼内。玻尔不仅在研究所内经常与海森堡等一批年轻人讨论，而且还与海森堡在他可爱的祖国――丹麦，作了三天徒步旅行。海森堡学到了物理学，他理解了玻尔的爱国主义精神，玻尔的精神气质。由此，诞生了海森堡的名言：科学扎根于讨论。在海森堡与玻尔相遇后10年，他因“创建量子力学”而一人获1932年诺贝尔物理学奖。普朗克、爱因斯坦、玻尔的量子论，经过海森堡、泡利、薛定谔、狄拉克、玻恩等一批科学家的努力，终于发展成一门比较成熟的学科：量子力学。
尽管人们对量子力学的涵义还有争论，但是量子学说的革命性概念处处取得成功，量子力学在实际中得到了巨大应用，战无不胜。半导体、激光、超导无一不与量子论有关，现在甚至有人在谈论“量子计算机时代”就快要到来。1988年的诺贝尔物理学奖得主李特曼估计，当今世界国民经济总值中25%来自与量子现象有关的技术。
2敢于向世界说“不”
百年前发生的量子革命是激动人心的，那一段时期发生的故事可以说是百听不厌，它们给我们的启示则是既深刻又不断发人深省。
普朗克之所以能解决“紫外灾难”，是靠深厚而又广博的基础，他通晓物理学每个领域的基本知识。但他在当时毕竟已属老年辈了(42岁)，新的量子概念与他熟知的经典物理是如此格格不入，致使他难以接受。普朗克在以后的十几年内总是想把量子概念纳入经典轨道，甚至对爱因斯坦的光量子说，他也批评为“迷失了方向”。
爱因斯坦(1905年时26岁)、玻尔(1913年时28岁)，正处于风华正茂的年代，他们举起了创新旗帜，带领海森堡等一批年青人向旧世界宣战。他们都是敢于向旧世界说“不”的人！
不管普朗克愿意不愿意，他被实验事实逼上梁山，“孤注一掷”地提出，能量是不连续的；爱因斯坦深化了这个不字，而且在相对论里又说了一个不：光速是不变的；玻尔则说，在微观世界里，绕核运动的电子是不辐射的；海森堡更提出了量子力学中最关键的一个关系式“不确定关系式”，以一个“不”字与基于完全确定论的经典物理彻底决裂。
不过，所有这些“不”都不是无中生有，而是有坚强的实验事实为依据。“科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验，有时一条腿走在前面，有时另一条腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前进。在实验过程中寻找新的关系，上升为理论，然后再在实践中加以检验”(密立根，1923年获得诺贝尔物理学奖时的演说)。
正是靠了黑体辐射实验、光电效应实验、原子光谱实验、夫兰克赫兹实验……，一连串的“不”字才能响彻云霄。
“不”字是一个否定词。但是百年前开始的物理革命风暴并非否定一切。牛顿力学、麦克斯韦电磁理论，作为19世纪的伟大科学成果，仍然是当今科技世界的理论支柱，卫星上天、宇宙飞行、电气世界，都以它们为基础。只是当人们的探索范围深入到微观世界时，主宰分子、原子、粒子运动规律的是量子力量，描述高速(接近于光速)运动物体规律的是相对论。李政道、杨振宁提出“宇称不守恒”，只是指发生在弱相互作用范围的宇称不再守恒。创新是在已有基础上的创新，有旧，才有新。
要创新，必须有适合新事物成长的肥沃土壤。玻尔的贡献不仅在物理学，还在于他创造了一个和谐的、有利于创新的环境。在他成名以后，英、美、德的邀请源源而来，但是他立志在不到500万人口的祖国大地上创建世界物理中心。丹麦原先连物理学教授的位置都没有，在1916年才为玻尔专设了一个物理学教授的位置。在1921年，在玻尔的努力下，哥本哈根大学理论物理研究所成立，它很快就成为了世界三大理论物理学的中心之一。在研究所里，既有22岁当讲师、27岁当教授、31岁获得诺贝尔奖的海森堡和作为“上帝的鞭子”、不断指出他人论文中缺陷的泡利(1945年获诺贝尔奖)，又有开玩笑不讲分寸的朗道(1962年获诺贝尔奖)，以及“几乎把画漫画、写打油诗作为主要职业，而把物理学变成副业”的伽莫夫(放射性衰变理论创造者之一)。
研究所很快成了“物理学界的朝拜圣地”，这个圣地的中心人物当然是玻尔。他事业心极强，日以继夜地工作，但又幽默好客，不摆架子；他爱才如命，到处物色有希望的青年人来所工作；他积极提倡国际合作，以致被人誉为“科学国际化之父”。
哥本哈根的气氛使人感到繁忙、激动、活泼、欢乐、无拘无束、和蔼可亲。哥本哈根精神随着量子力学的诞生而诞生，并成了物理学界最宝贵的精神财富。
3天空中又出现了乌云
21世纪的钟声已经敲响，当我们回首时，经典物理大厦已经屹立了整整一百多年了，现在依然宏伟壮观。随着经典大厦顶上的乌云的消失，更为金碧辉煌的、至今仍相当神秘的量子大厦已经建成。那么，有没有第三座大厦？它又会是怎么样的大厦？为对此有所回答，让我们先看看已在量子大厦上空出现的乌云。
人们对物质结构的认识，从分子、原子深入到原子核，再到中子、质子，进一步又深入到夸克，即分子由原子所组成，原子由原子核与电子所组成，原子核由中子与质子所组成，中子、质子由夸克所组成。随着1995年找到了最后一个夸克――顶夸克存在的依据，2000年找到了最后一个轻子(与τ子相联的中微子)，构成了物质的基本框架，六个夸克(上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克)和六个轻子(电子、μ子、τ子以及与它们相联的三个中微子)，总算在21世纪来临前夕团圆相聚。可是谁也没有直接看到孤立的夸克，它们总是成对、成堆地存在，永不分离！这是为什么？
物理学中的对称原理，正受到一个又一个挑战，理论越来越对称，而实验越来越多地发现不对称。不对称倒成了普遍规律！这又是为什么？
抬头望明月、看星星，越来越好看。从伽利略发明的望远镜，到今天各类天文望远镜、射电望远镜，从地上望远镜到天上望远镜，从可见光看到X射线、γ射线。但看来看去只看到了茫茫宇宙的4%，而96%都是看不见的暗物质、暗能量。2007年5月15日美国宇航局报告说，一个天文学家小组利用哈勃望远镜，探测到了位于遥远星系团中呈环形分布的的暗物质。这是迄今为止能证明暗物质存在的最有力的证据。它们是什么？它们也是我们熟知的分子、原子、夸克、粒子吗？看来都不像。
20世纪初人们不理解光芒万丈照大地的太阳何以会光耀夺目？其能量从何而来？感谢相对论、感谢量子论，使我们对太阳能的来源了解得一清二楚。但是，今天我们已经知道，在那遥远的地方还有比太阳的能量大千万亿倍的星球(所谓类星体)，它一直在发光，这样巨大的能量又从哪里来？是哪种能量在发威？看来，用现有的知识无法回答这些世纪难题。量子大厦的高空已升起了朵朵乌云。光学光电子概念篇6
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