光的波動性與粒子性

1、光的波動性與粒子性第1頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一 1665年，胡克最早從波的角度研究光。牛頓根據(jù)光的直線傳播提出粒子學(xué)說?！芭ｎD環(huán)”現(xiàn)象是牛頓的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)。它本來是解釋光的波動性的表現(xiàn)，但牛頓卻用粒子觀點(diǎn)解釋這種現(xiàn)象。第2頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一 他指出:難道光線不是從發(fā)光物質(zhì)發(fā)射出來的微小物體嗎？因?yàn)檫@樣的物體會沿著直線穿過均勻介質(zhì)而不會彎到影子里去。第3頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一 荷蘭物理學(xué)家惠更斯借助光與聲波的對比提出波動理論。惠更斯原理：波面上的每一點(diǎn)（面元）都是一個(gè)次級球面波的子波源，子波的

2、波速與頻率等于初級波的波速和頻率，此后每一時(shí)刻的子波波面的包絡(luò)就是該時(shí)刻總的波動的波面。其核心思想是：介質(zhì)中任一處的波動狀態(tài)是由各處的波動決定的。 第4頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一19世紀(jì)初期，托馬斯-楊提出干涉原理，解釋了光的干涉現(xiàn)象，并且測定了光的波長。但他認(rèn)為光是縱波。第5頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一 菲涅耳解釋了衍射現(xiàn)象。泊松亮斑證實(shí)了光的波動性。但波動說無法解釋晶體雙折射和偏振現(xiàn)象。第6頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一第7頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一 隨后馬呂斯引入光的偏振。1

3、821菲涅耳提出橫波理論。1865年麥克斯韋發(fā)表電磁場的動力理論。表明電場和磁場以波動形式傳播。并求出電磁波的速度等于光速。由此說明光是一種橫向振動的電磁波。第8頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一1886年10月，赫茲證明光的電磁波本質(zhì)。第9頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一但是1887年赫茲在做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)射回路的電火花照射到接收回路時(shí)，會對它的接收火花產(chǎn)生影響。后來又有德國霍爾瓦克斯，俄國斯托列夫托夫進(jìn)行了相關(guān)研究。1899年，約瑟夫-湯姆孫光電流的荷質(zhì)比與陰極射線荷質(zhì)比相近。這說明光電流是與陰極射線相同的高速電子流。第10頁，共22頁，202

4、2年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一陽極陰極石英窗 光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出-光電子。光電子在電場作用下形成光電流。2.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1. 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)第11頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一陽極陰極石英窗2. 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律.光電流與光強(qiáng)的關(guān)系飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。.截止頻率c -極限頻率對于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率c 。 當(dāng)入射光頻率 c 時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率 c時(shí)，無論光強(qiáng)多大也無電子逸出金屬表面。光電效應(yīng)是瞬時(shí)的。從光開始照射到光電逸出所需時(shí)間l0 的x光，其波長的增量隨散射角的不同而變化。這種現(xiàn)象稱

5、為康普頓效應(yīng)(compton effect)。用經(jīng)典電磁理論來解釋康普頓效應(yīng)遇到了困難?？灯疹D借助于愛因斯坦的光子理論，從光子與電子碰撞的角度對此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了圓滿地解釋.我國物理學(xué)家吳有訓(xùn)也曾對康普頓散射實(shí)驗(yàn)作出了杰出的貢獻(xiàn)。第15頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一一、光的本性學(xué)說的發(fā)展史1.光的微粒說代表人物是牛頓，認(rèn)為光是從光源發(fā)出的一種物質(zhì)微粒，在均勻介質(zhì)中以一定的速度傳播.微粒說很容易解釋光的直進(jìn)現(xiàn)象與反射現(xiàn)象，但在解釋一束光射到兩種介質(zhì)分界面處會同時(shí)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象時(shí)遇到了困難.第16頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一2.光的波動說代表

6、人物是惠更斯，認(rèn)為光是某種振動，以光的形式向周圍傳播.波動說在解釋一束光射到兩種介質(zhì)分界面處同時(shí)發(fā)生反射和折射等現(xiàn)象時(shí)很成功，然而在解釋光遇到障礙物在其后面留下清晰的影子時(shí)遇到了困難.第17頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一3.光的電磁說代表人物是麥克斯韋和赫茲，認(rèn)為光是一種電磁波，從而解決了光的波動說在傳播介質(zhì)問題上遇到的困難.然而在解釋光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)時(shí)遇到了困難.第18頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一4.光的量子說代表人物是愛因斯坦，他是在普朗克提出的能量子假設(shè)的基礎(chǔ)上提出的.光子說認(rèn)為在光的發(fā)射和吸收過程中光只能一份份地發(fā)射與吸收，這一份最小能量稱為光量子，簡稱光子；能量值Eh.光子的靜質(zhì)量為零，動量為ph/c.光子說能圓滿解釋光電效應(yīng)規(guī)律.第19頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一5.光的波粒二象性光既有粒子性，又有波動性，就是光的波粒二象性.一般來說，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性.頻率越高的光粒子性越明顯，波長越長的電磁波波動性越明顯.研究光與粒子相互作用時(shí)，往往考慮光的粒子性，研究光的傳播時(shí)往往考慮光的波動性.第20頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期一感悟科學(xué)探索的道