光子是什么

经典物理把光单纯当作连续的波。量子理论则补充说，光能量不是平滑地传递，而是以一份份分立的小包传递，每一份称为光子，或光的量子。

单个光子的能量只取决于光的频率：频率越高，每个光子携带的能量越多。所以紫光的光子比红光的光子能量更大，紫外光的光子能量还要更大。把光调亮并不会让它的光子能量更大，只是每秒发出更多光子。

这个概念解释了为什么决定光电效应是否发生的是频率而非亮度，也是太阳能电池和光传感器等逐个光子响应的器件背后的原理。

在 SPM 中，你应把光子描述为光能量的量子，其能量由频率决定，并把更亮的光与更多的光子而非更大的光子联系起来。

量子物理

背后的物理原理

经典物理把光看作连续的波。量子理论补充说，光能并非平滑地散布，而是以一个个微小、彼此分开的能量包到达，每一个称为光子，也就是光的量子。

光子没有质量，以光速运动，却携带确定数量的能量。

这份能量只取决于光的频率：E = hf，其中 h 是普朗克常数，6.63 × 10⁻³⁴ J s，f 是频率，单位为赫兹。由于频率与波长通过 c = fλ 相联系，c = 3.0 × 10⁸ m s⁻¹，同样的能量可写成 E = hc/λ。

频率越高，或波长越短，光子就越有能量。

计算示范：对于波长 λ = 7.0 × 10⁻⁷ m 的红光，每个光子携带 E = hc/λ = (6.63 × 10⁻³⁴ J s × 3.0 × 10⁸ m s⁻¹) ÷ (7.0 × 10⁻⁷ m) = 2.8 × 10⁻¹⁹ J。频率更高的紫光光子则携带数倍于此的能量。

在日常生活中看它

把灯调亮，它的颜色不会改变；灯泡只是每秒送出更多光子，而不是更有能量的光子。这就是为什么昏暗的红光和明亮的红光是同一种颜色：它们的光子携带相同的能量，只是数目有多有少。

颜色本身就是光子能量的直接标志。紫光和蓝光由比红光能量更高的光子组成，所以紧邻紫光之外的紫外线，每个光子的能量足以损伤皮肤、引起晒伤，而能量弱得多的可见红光光子却不会。

相机和太阳能板中的光传感器逐个光子地作出反应，每吸收一个能量包就释放一份电荷。甚至人眼在极暗的环境下，也能记录到少数几个单独光子的到来，这说明光确实以可数的单位到达。

它在 SPM 中如何出现

在 SPM 物理（4531）试卷二中，你须说明光子是什么，并把它定义为光能的量子，即离散的能量包。命令词联系用于通过 E = hf 把光子能量与频率联系起来，你也可能被要求在给定频率或波长时求解光子的能量。

常见的结构式题目会给出某种颜色光的频率或波长，要求你计算单个光子的能量，单位保持在焦耳、赫兹和米。你应能比较不同颜色的光子能量，并解释更亮的光意味着更多光子，而不是更大的光子。

相邻的内容标准涵盖能量的量子、光电效应，以及太阳能电池等应用。评卷者会为清晰使用 E = hf 以及每一行运算中正确的 SI 单位给分。

来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)