文科物理課件----光的本性

《文科物理課件----光的本性》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、第二章永恒的經(jīng)典第五節(jié)光的本性n一、粒子運動的描述n二、波動現(xiàn)象n三、光的波動說與微粒說n四、波動光學(xué)n五、光的電磁理論n六、光的波粒二象性n七、德布羅意波一、粒子運動的描述1.運動的絕對性所有物體都是由微觀的粒子組成的（如原子、分子），而微觀的粒子都在做永不停息的熱運動。世界上一切物質(zhì)都是處于永恒的運動狀態(tài)之中。2一、粒子運動的描述2.粒子運動的描述粒子具有一定的質(zhì)量m，用速度描述粒子運動的快慢和方向。粒子運動時具有動能、動量。如圖2.5.1所示。粒子?N在空間的位置坐標為(x,y,z)，r為粒子在空間的位置矢量。而后粒子沿曲線運動，?在M點時的速度為v，具有動?如

2、圖2.5.1宏觀粒子在量p，動能E，其中：k空間的位置及運動軌跡????r?xi?yj?zk3一、粒子運動的描述??drv=dt??p?mv12E?mvk24二、波動現(xiàn)象1、波動的描述波是由于物體圍繞各自平衡位置來回運動所形成的。如果將軟繩的一端固定，然后持續(xù)抖動繩子的另一端，我們將看到圖2.5.4所示的現(xiàn)象。好像有某種東西沿繩前進，這種東西就是波。?波的傳播方向5圖2.5.4持續(xù)抖動繩子的一端產(chǎn)生一個沿繩子傳播的連續(xù)波二、波動現(xiàn)象對波的描述有其特有的物理量，如波長、頻率、振幅、波速等，如圖2.5.5所示。?波速v圖2.5.5波長、振幅、波速的意義6二、波動現(xiàn)象一個連

3、續(xù)而重復(fù)的波的波長是沿著波從任一點到下一個同相點的距離。波的頻率是介質(zhì)中任意個體每秒鐘內(nèi)完成的振動次數(shù)。波通常由某種振動的波源發(fā)出，這時波的頻率必定與波源的頻率相同。也即波的頻率由波源振動的頻率決定。波的振幅是指它的最大高度或深度。波速是指波形在介質(zhì)中的傳播速度。一列波的波長?、波速v和頻率?之間的關(guān)系為：v???7二、波動現(xiàn)象2.波特有的現(xiàn)象（1）波的衍射波繞過障礙物進入其幾何陰影繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射。8二、波動現(xiàn)象（2）波的干涉兩列波相遇時表現(xiàn)出有的地方振動加強，有的地方振動減弱的現(xiàn)象叫做波的干涉。空曠的操場上放置兩個同步播放的揚聲器，當(dāng)我們移動時可以聽到忽

4、強忽弱的聲音。9二、波動現(xiàn)象如果在空曠的操場上放置兩個獨立播放的揚聲器，我們移動時為什么很難聽到忽強忽弱的聲音的?波的相干條件：（1）頻率相同；（2）振動方向平行；（3）相位相同或相位差恒定。10三、光的波動說與微粒說粒子性和波動性是物質(zhì)存在的兩種不同的表現(xiàn)形式。光如果是粒子，就應(yīng)該具有粒子的屬性!!而光如果是波，那么也應(yīng)該具有波的屬性!！光是粒子還是波呢？這是光的本性問題。11三、光的波動說與微粒說對關(guān)于光的本性問題的研究，形成了兩種相互對立的理論，即光的微粒說和光的波動說。1、以英國物理學(xué)家牛頓為代表的微粒說認為：光是由微粒組成的粒子流，是發(fā)光體接連不斷地向周圍空

5、間射出的一群微小粒子流，并且它們走的是最快的直線運動路徑。用光的微粒說可解釋光的反射和折射現(xiàn)象，但無法解釋光的衍射現(xiàn)象。12三、光的波動說與微粒說2、以荷蘭物理學(xué)家惠更斯為代表的波動說認為：光是一種波；光波是一種靠物質(zhì)載體（以太）來傳播的縱波；波面上的各點本身就是引起媒質(zhì)振動的波源。光的波動理論也能解釋光的反射定律和折射定律，同時也能較好的解釋光的衍射和雙折射現(xiàn)象。但是，在用波動理論解釋折射現(xiàn)象時，必須假定光在水中的傳播速率小于光在空氣中的傳播速率，這與牛頓微粒說的結(jié)論正好相反。13三、光的波動說與微粒說反射光線入射光線空氣(n)反射光線1空氣ii?反射面i??i入射

6、光線?i?界面水平面鏡(n)折射光線2?圖2.5.8光的反射圖2.5.9光的折射顯然，如果能測出光在介質(zhì)中傳播的速度，就可以判斷波動說與微粒說熟是熟非了，可惜當(dāng)時沒有實驗?zāi)軌蜻M行判斷。14三、光的波動說與微粒說波動說與微粒說的爭論還在繼續(xù)，要說服誰都必須有可靠的實驗證據(jù)。艾薩克·牛頓克里斯蒂安?惠更斯15四、光的波動特性1、光的干涉（光的楊氏雙縫干涉實驗)16四、光的波動特性1、光的干涉（光的楊氏雙縫干涉實驗)1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊找到獲得相干光源的方法：把從同一批原子發(fā)射出來（初相位相同）的光人為地分為兩列，讓它們經(jīng)過不同的路徑后再在屏幕上相遇。各原子的

7、發(fā)光盡管隨機地改變，但任何初相位改變總是同時發(fā)生在兩列波中，在觀察點相位差只與路徑有關(guān)。17四、光的波動特性ItI疊加后tIt由于它們的頻率相同，振動方向相同，且具有固定的位相差Δφ=0，因此，疊加后光強加強。18四、光的波動特性19四、光的波動特性白光的薄膜干涉圖樣20四、光的波動特性2、光的衍射（1）圓孔衍射HPS*21(2)直邊衍射（刀刃衍射）22(2)圓屏衍射（泊松亮斑）23泊松亮點:1818年,巴黎科學(xué)院舉行了一次解釋衍射的有獎競賽,評委中許多著名科學(xué)家,如畢奧、拉普拉斯、泊松等，都是光的微粒學(xué)說的忠實擁護者。年輕的工程師菲涅耳報告了“應(yīng)用