對(duì)光認(rèn)識(shí)的發(fā)展講解

對(duì)光認(rèn)識(shí)的發(fā)展主講人：夏錦濤知識(shí)目標(biāo)了解光的微粒說(shuō)了解光的波動(dòng)說(shuō)掌握光的波粒二象性能力目標(biāo)思政目標(biāo)能對(duì)的光的認(rèn)識(shí)的發(fā)展有一定的了解具有工匠精神

學(xué)

習(xí)

目

標(biāo)牛頓提出了光的微粒說(shuō)，認(rèn)為光是從發(fā)光體發(fā)出的而且以一定速度向空間各個(gè)方向直線傳播的微粒。微?？梢酝ㄟ^(guò)透明物質(zhì)，可以自物體表面反射，微粒進(jìn)入眼內(nèi)引起視覺(jué)。微粒說(shuō)很容易解釋光的直進(jìn)現(xiàn)象、影的形成，當(dāng)時(shí)得到大多數(shù)人的推崇。微粒說(shuō)在解釋一束光射到兩種媒質(zhì)分界面處會(huì)同時(shí)發(fā)生反射和折射的現(xiàn)象時(shí)，卻發(fā)生了很大的困難。光的衍射、偏振、干涉等現(xiàn)象均不能從微粒學(xué)說(shuō)得到滿意的解釋。1887年，德國(guó)科學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)了新現(xiàn)象——光電效應(yīng)，再次證實(shí)光的確具有粒子性。光的微粒說(shuō)提

出相

信質(zhì)

疑被

驗(yàn)

證惠更斯提出了波動(dòng)說(shuō)，認(rèn)為光是一種機(jī)械波；以波的形式在一種假想的彈性介質(zhì)“以太”中傳播；波面上的各點(diǎn)本身就是引起媒質(zhì)振動(dòng)的波源。光的波動(dòng)說(shuō)可以證明光的反射定律和折射定律，也可較好地解釋光的衍射、雙折射現(xiàn)象和著名的“牛頓環(huán)”實(shí)驗(yàn)。光的波動(dòng)說(shuō)提

出質(zhì)

疑被

驗(yàn)

證“以太”這種連續(xù)彈性介質(zhì)，難以想像，給波動(dòng)說(shuō)本身造成了不可克服的困難。光的波動(dòng)說(shuō)在解釋光的直進(jìn)和影子的形成原因時(shí)也遇到困難，因?yàn)槿藗冎啦軌蚶@過(guò)障礙物，不會(huì)像光那樣在物體的后面留下清晰的影子。光的波動(dòng)說(shuō)質(zhì)

疑1801年，托馬斯·楊進(jìn)行了著名的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，首次提出了光的干涉的概念和光的干涉定律。1811年，布儒斯特在研究光的偏振現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)定律。1819年，非涅耳成功地完成了對(duì)由兩個(gè)平面鏡所產(chǎn)生的相干光源進(jìn)行的光的干涉實(shí)驗(yàn)。上述實(shí)驗(yàn)可以用光的波動(dòng)說(shuō)來(lái)解釋，而無(wú)法用微粒說(shuō)來(lái)解釋，因此，再次證明了光是一種波。1882年，德國(guó)天文學(xué)家夫瑯禾費(fèi)首次用光柵研究了光的衍射現(xiàn)象。施維爾德以光的波動(dòng)說(shuō)成功地解釋了衍射現(xiàn)象。至此，光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)得到普遍承認(rèn)。光的波動(dòng)說(shuō)被

驗(yàn)

證光的微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)各有成功的一面，但都不能圓滿地解釋當(dāng)時(shí)知道的各種光現(xiàn)象。光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)，使人們無(wú)法不承認(rèn)光的量子性質(zhì)；而干涉和衍射現(xiàn)象又使人們不能放棄光的波動(dòng)性。20世紀(jì)初，普朗克和愛(ài)因斯坦提出了光的量子學(xué)說(shuō)。把光的兩重性質(zhì)——波動(dòng)性和微粒性聯(lián)系起來(lái)，即動(dòng)量和能量是光的粒子性的描述，而頻率和波長(zhǎng)則是波的特性。這樣光就具有微粒和波動(dòng)的雙重性質(zhì)，被稱為“光的波粒二象性”。光的波粒二象性光的波動(dòng)性與粒子性之間的聯(lián)系為：光的波動(dòng)性與粒子性是光子本性在不同的條件下的表現(xiàn)。波動(dòng)性突出表現(xiàn)在其傳播過(guò)程中，粒子性則突出表現(xiàn)在物體的電磁輻射與吸收、光子與物質(zhì)的相互作用中。一般來(lái)說(shuō)，頻率越高、波長(zhǎng)越短、能量越大的光子其粒子性越顯著；而波長(zhǎng)越長(zhǎng)、能量越低的光子則波動(dòng)性越顯著。光波又可認(rèn)為是一種概率波，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(dòng)性；而個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性。在同一條件下，光子或者表現(xiàn)其粒子性，或者表現(xiàn)其波動(dòng)性，而兩者不能同時(shí)都表現(xiàn)出來(lái)。光的波粒二象性光的波粒二象性以簡(jiǎn)單的例子可以演示光具有波粒二象性：用微弱的光照射雙縫，并使光通過(guò)雙縫到達(dá)光屏（感光膠片），在照射時(shí)間不長(zhǎng)的情況下，膠片上的點(diǎn)跡是隨機(jī)散落而且是毫無(wú)規(guī)律的。這個(gè)事實(shí)說(shuō)明了光是“一份一份”的粒子。對(duì)于隨機(jī)散落的光子，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，膠片上的痕跡表現(xiàn)出光在某個(gè)區(qū)域落腳的可能性較大，而在另一些區(qū)域分布較少的規(guī)律性分布。該分布情況恰好與用強(qiáng)光照射（此時(shí)可認(rèn)為光是連續(xù)的）形成干涉條紋的情況相吻合，這種規(guī)律性與波動(dòng)的規(guī)律一致，所以光是一種波。光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)之爭(zhēng)以光的波粒二象性告終，前后共經(jīng)歷了三百多年的時(shí)間。多位著名的科學(xué)家成為這一論戰(zhàn)雙方的主辯手，正是他