光的波粒二象性

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1、光的波粒二象性光到底是什么？……………17世紀(jì)明確形成了兩大對(duì)立學(xué)說牛頓惠更斯微粒說波動(dòng)說由于波動(dòng)說沒有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風(fēng)19世紀(jì)初證明了波動(dòng)說的正確性這里的光子完全不同于牛頓所說的“微?！?9世紀(jì)末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得愛因斯坦在20世紀(jì)初提出了光子說：光具有粒子性光的微粒說：光是沿直線高速傳播的粒子流。牛頓支持微粒說。人們都認(rèn)為牛頓是微粒說的代表。牛頓于1675年曾提出：“光是一群難以想象的細(xì)微而迅速運(yùn)動(dòng)的大小不同的粒子”，這些粒子被發(fā)光體“一個(gè)接一個(gè)地發(fā)射出來”。易解釋：光的直進(jìn)性、影的形成、光

2、的反射和折射等現(xiàn)象。難解釋：（1）一束光入射到兩種介質(zhì)界面時(shí)，既有反射，又有折射。何種情況發(fā)生反射，何種情況下又發(fā)生折射呢?微粒說在解釋這一點(diǎn)時(shí)遇到了很大的困難。（2）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見的現(xiàn)象，微粒說則完全無能為力了。光的波動(dòng)說：某種振動(dòng)，以波的形式向四周圍傳播。代表人物：是荷蘭的物理學(xué)家惠更斯。易解釋：（1）光的反射、折射、光的反射和折射可以同時(shí)發(fā)生。（2）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見的現(xiàn)象。難解釋：光的直進(jìn)性和影的形成。干涉現(xiàn)象：英國(guó)醫(yī)生兼物理學(xué)家托馬斯·楊于1801年進(jìn)行了著

3、名的楊氏干涉實(shí)驗(yàn)。衍射現(xiàn)象：法國(guó)工程師菲涅耳于1818年演示了小孔衍射。干涉和衍射是波動(dòng)的重要特征，從而光的波動(dòng)說得到迅速發(fā)展。人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)達(dá)到一個(gè)新的階段。電磁說的提出：隨著物理學(xué)各方面的發(fā)展，麥克斯韋提出了電磁波的理論，進(jìn)而了光是電磁波的結(jié)論，惠更斯的波動(dòng)說發(fā)展到了麥克斯韋的電磁說。光的電磁說1、麥克斯韋根據(jù)電磁理論，發(fā)現(xiàn)電磁波的波速與光速相同，提出了光是一種電磁波的假說．赫茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁本質(zhì)，光的電磁說把光學(xué)和電學(xué)統(tǒng)一起來了．2、光的顏色是由電磁波的頻率決定的．不同頻率的色光在真空中波速相同，在

4、介質(zhì)中波速不同．同一色光在不同介質(zhì)中，頻率（顏色）不變，波長(zhǎng)和波速都要改變．在同一介質(zhì)中，頻率越高，波速起?。?、電磁波與機(jī)械波的比較:共同點(diǎn)：都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象；它們波動(dòng)的頻率都取決于波源的頻率；在不同介質(zhì)中傳播，頻率都不變．不同點(diǎn)：機(jī)械波的傳播一定需要介質(zhì)，其波速與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與波的頻率無關(guān)．而電磁波本身就是一種物質(zhì)，它可以在真空中傳播，也可以在介質(zhì)中傳播．電磁波在真空中傳播的速度均為3.0×108m／s，在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速和波長(zhǎng)不僅與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，還與頻率有關(guān)．關(guān)于光的電磁說的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào)返回目錄光電效應(yīng)：

5、19世紀(jì)末，光電效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)，光的波動(dòng)說在光電效應(yīng)面前束手無策，人們又認(rèn)識(shí)到了光確實(shí)具有粒子性。愛因斯坦提出了光的量子理論---光子說.人們終于認(rèn)識(shí)到光既具有波動(dòng)性又具有粒子性。1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊（1773~1829）在實(shí)驗(yàn)室里成功的觀察到了光的干涉．光的干涉一、光的干涉現(xiàn)象---楊氏干涉實(shí)驗(yàn)1、裝置特點(diǎn)：（1）雙縫很近0.1mm，（2）雙縫S1、S2與單縫S的距離相等，單縫雙縫紅濾色片S1SS2屏幕2、①要用單色光②單孔的作用：是獲得點(diǎn)光源③雙孔的作用：相當(dāng)于兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的光源，雙孔的作用

6、是獲得相干光源用狹縫代替小孔，可以得到同樣清晰，但明亮得多的干涉條紋。得到相干光源：一分為二的思想光的干涉雙縫干涉激光束雙縫屏屏上看到明暗相間的條紋雙縫S1S2屏幕P1第一亮紋δ=λP中央亮紋δ=0P2第二亮紋δ=2λP3/第三亮紋δ=3λP3第三亮紋δ=3λP3/第二亮紋δ=2λP3/第一亮紋δ=λQ2第二暗紋Q1第一暗紋Q3第三暗紋Q3/第三暗紋Q2/第二暗紋Q1/第一暗紋δ=5λ/2δ=λ/2δ=3λ/2δ=5λ/2δ=3λ/2δ=λ/2dr1r2S1S2POxl相鄰兩條亮紋（或暗紋）間的距離△x為：l檔板與光屏

7、的距離λ波長(zhǎng)d兩狹縫間的距離其中（l>>d）△x結(jié)論：兩縫間距離越小、縫到屏的距離越大，光波的波長(zhǎng)越大，條紋的寬度就越大。深入研究：當(dāng)實(shí)驗(yàn)裝置一定，紅光的條紋間距最大，紫光的條紋間距最小。表明不同色光的波長(zhǎng)不同，紅光最長(zhǎng)，紫光最短。如果用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，得到的是中央形成亮紋，兩側(cè)為彩色的干涉條紋，思考：中央亮條紋為什么是白色的？原因：1、各種色光均在中央形成亮紋，復(fù)合后為白光。2、各種色光形成的干涉條紋間距不同，所以其余亮紋錯(cuò)開，形成彩色干涉條紋。光的干涉現(xiàn)象反映了光的波動(dòng)性，而波動(dòng)性的另一特征是波的衍射現(xiàn)象，光是

8、否具有衍射現(xiàn)象呢？如果有衍射現(xiàn)象，為什么在日常生活中我們沒有觀察到光的衍射現(xiàn)象呢？水波、聲波都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，它們發(fā)生衍射的現(xiàn)象特征是什么？①波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的衍射。②只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多，或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。③一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象。知識(shí)回顧