光的本性
光本性认识之发展历程
光本性认识之发展历程自古以来，人类一直对光有着浓厚的兴趣，并不断探索光的本性和性质。
随着科学技术的进步，人们对光的认识也在不断深化和发展。
本文将从古代到现代，梳理光的本性认识之发展历程。
古代认识光的本性主要集中在光的传播和反射方面。
在古希腊时代，亚里士多德的传感理论认为光是由物体发出的一种物质，而光的传播是通过这种物质从视觉对象传开的。
然而，亚里士多德的理论在解释光的传播性质上存在着种种问题。
随着科学思想的演进，伽利略和维塞利亚等科学家开始对光进行实验和观察。
伽利略的实验揭示出光在空气中以直线传播，并能够发生折射。
维塞利亚的实验进一步证明了光的传播性质，他使用了狭缝来研究光的传播，发现光通过狭缝后会产生衍射现象。
这些实验与观察结果巨大地推动了光的本性认识的进展。
到了17世纪，哈克将光的传播性质与粒子模型相结合，提出了光由小颗粒（现在称作光子）组成的理论。
这一理论解释了光直线传播和折射现象，但无法解释光的颜色和衍射现象。
随后，荷兰物理学家霍普完成了著名的实验，证明了光的波动性质。
他使用了两个狭缝来研究光的衍射现象，发现光在通过狭缝之后形成了明暗相间的斑纹，这一实验结果证明了光的波动性质。
19世纪初，光的本性认识迈入了一个新的阶段。
迈克尔逊和莫雷在1887年进行了一项著名的实验，用以测量以太的存在。
然而，实验结果却意外地未能检测到以太，从而推翻了以太理论。
这次实验的失败促使爱因斯坦在十几年后提出了相对论，其中包括了光速不变的原理。
爱因斯坦的理论将光的速度视为宇宙常数，使得我们对光的本性有了更深入的认识。
进入20世纪，量子力学的发展对光的本性认识产生了重要影响。
玻尔提出了光子的概念，解释了光的能量和波动性。
根据玻尔的理论，光可以看作是粒子的形式，而每个光子都具有一定的能量。
这一理论不仅解释了光的辐射和吸收现象，还为后来激光和光电子技术的发展奠定了基础。
到了现代，光的本性认识越发深入。
人们发现光具有量子特性，可以表现出波粒二象性。
关于光的本性的争论
关于光的本性的争论关于光的本性的探索可追溯到古希腊时代，毕达哥拉斯学派和原子论派认为光是物体所发出的粒子，亚里士多德则认为光是透明介质中的运动和变化，这些都可认为是微粒说和波动说的萌芽。
近代微粒说由笛卡儿首先提出的，他认为光由大量的微小弹性粒子所组成，并用此假说解释了光的反射和折射。
意大利物理学家格里马第（Francesco Maria Grirnaldi，1618～1663）首先从实验上观察到光的衍射现象，这是光的波动学说的佐证。
牛顿的分光实验以及牛顿环的发现使他意识到，光本质上是运动的微粒，他不能正确地解释由他自己做出的伟大发现。
与牛顿同时代的胡克和惠更斯主张光是一种波动，由此展开了近两个世纪的光的本性之争。
1、牛顿倡导的光的微粒说在自然界里，光是人们日常生活中最熟悉的一种现象，光能使世界上一切物体呈现出它们的形状和颜色我们赖以生存的氧气和食物的产生，也是以植物的光合作用为基础的。
总之，人类的生活离不开光。
多少世纪以来，科学家们为探索光的本性作了大量的实验，提出了许多理论，但是至今还没有能得出最终的、根本性的回答。
究竟光是什么？即关于光的本性这个问题的认识，在不同的历史发展阶段，是不断变化着的，甚至在同一历史时期，也存在两种截然相反的观点。
十七世纪，为了解释这些基本规律，形成了两大学派：一派是以牛顿为代表的“微粒说”，另一派是由胡克、惠更斯为代表所倡议的“波动说”。
1664―1668年，牛顿独立地对色和色散进行了实验研究，1669―1671年间，在剑桥大学授课时阐述了他的研究结果：他让太阳光通过一块三角棱镜，经棱镜射出的光束是一条按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫顺序排列的彩色光带。
这种光带就称为“光谱”。
白光就是由这几种光混合而成的。
为了解释这些光学现象，牛顿提出了光的微粒说；他认为：光是由弹性微粒流组成，由光源发出，以高速作直线运动。
牛顿以此为论据，阐明了光沿直线传播的性质及反射定律，也解释了光的折射现象。
高三物理总复习光的本性.
【解析】本题实际考查的是干涉知识的应用， 要认真读题，实际很简单，要消除反射回来的 红外线，即要使红外线全部透射，此膜即为增 透膜，厚度最小应为λ/4，综上所述答案为：B.
【解题回顾】解决本题，要求学生要能理解 增透膜的含义及作用，增透膜从薄膜前后表 反射叠加后相互削弱，从而减少反射光强度， 增加透射光的强度.
二、光子说 1.光子说：空间传播的光不是连续的，是一份一份的， 每一份叫一个光子，每个光子的能量E=h ν0(其中 h=6.63×10-34Js，称做普朗克常量). 爱因斯坦就是因为提出了光子说及对光电效应的研究而 获得诺贝尔物理学奖的.
2.光子说对光电效应的解释. 光子照射到金属上时，某个电子吸收光子的能量后动能变大，若 电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面， 成为光电子. ①光子的能量和频率有关，金属的逸出功是一定的，光子的能 量必须大于逸出功才能发生光电效应，这就是每一种金属都存在 一个极限频率的原因；
三、电磁波及电磁波谱 1.电磁波按波长由大到小的顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外 线、X射线、γ射线. 2.不同电磁波产生的机理不同；无线电波由振荡电路中自由电子的周期 性运动产生的；红外线、可见光、紫外线由原子外层电原子受激发后产生 的；X射线由原子内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后 产生的. 3.不同电磁波的特性不同：无线电波易发生干涉和衍射；红外线有显著的 热效应；可见光引起视觉反应；紫外线有显著的化学效应和荧光屏效应；X 射线的穿透本领很大；射线的穿透本领最强. 【说明】光子能量和光强是两个概念，要注意区分，光子能量是指一个 光子具有的能量，在数值上光子的能量E=hν光强是指在垂直光的传播方向 上，单位面积上单位时间内获得所有光子能量的总和，它应当是由单位时 间内的光子数与光子能量共同决定.光子能量大并不意味着光强大，同样光 强大也不等于每个光子的能量大.
人类对光本性的认识
人类对光本性的认识
人类对光本性的认识，始于古希腊的有关光的思考。
他们认为光是航行太空中的一种能量。
后来苏格拉底等哲学家就光的性质建立了一套理论，并指出光会呈折射现象，这个命题在科学史上被认为是重要的一点。
由此，古希腊以及古罗马文化就给予了我们关于光本质的一些观点——光穿透空气，以弹射方式传播。
后来，16世纪的科学家对色彩的研究也对我们对光本质的认识有帮助。
红、黄和蓝为混合色，立马把光的三种波长特性提及出来，这是人类对于光的一个重要发展。
科学发展非常迅速，20世纪以来，主要由物理学家和光学家，以及电子技术的发展，加之现代的计算机技术的应用，现代的光学理论也在不断推进。
现代理论证明，光具有粒子和波之性质，是电磁波的特殊形式，在物理活动中发挥着重要作用。
因此，光已经成为科学研究中的重要内容之一。
许多领域，如激光、通信、精密测量等都建立在日益深入的人类对光本性的认识之上。
高中物理公式总结--光的本性
高中物理公式总结：光的本性光的本性（光既有粒子性,又有波动性,称为光的波粒二象性）1.两种学说:微粒说(牛顿)、波动说(惠更斯)〔见第三册P23〕2．双缝干涉:中间为亮条纹；亮条纹位置: ＝nλ；暗条纹位置: ＝(2n+1)λ/2（n＝0, 1,2,3,、、、）；条纹间距｛ :路程差(光程差)；λ:光的波长；λ/2:光的半波长；d两条狭缝间的距离；l：挡板与屏间的距离｝3.光的颜色由光的频率决定,光的频率由光源决定,与介质无关,光的传播速度与介质有关，光的颜色按频率从低到高的排列顺序是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫(助记：紫光的频率大，波长小)4.薄膜干涉:增透膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4,即增透膜厚度d＝λ/4〔见第三册P25〕5.光的衍射：光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的，在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，光的衍射现象不明显可认为沿直线传播，反之，就不能认为光沿直线传播〔见第三册P27〕6.光的偏振：光的偏振现象说明光是横波〔见第三册P32〕7.光的电磁说：光的本质是一种电磁波。
电磁波谱(按波长从大到小排列):无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线。
红外线、紫外、线伦琴射线的发现和特性、产生机理、实际应用〔见第三册P29〕8.光子说,一个光子的能量E＝hν｛h:普朗克常量＝6.63×10-34J.s，ν:光的频率｝9.爱因斯坦光电效应方程：mVm2/2＝hν－W ｛mVm2/2:光电子初动能，hν:光子能量，W:金属的逸出功｝注:(1)要会区分光的干涉和衍射产生原理、条件、图样及应用,如双缝干涉、薄膜干涉、单缝衍射、圆孔衍射、圆屏衍射等；(2)其它相关内容:光的本性学说发展史/泊松亮斑/发射光谱/吸收光谱/光谱分析/原子特征谱线〔见第三册P50〕/光电效应的规律光子说〔见第三册P41〕/光电管及其应用/光的波粒二象性〔见第三册P45〕/激光〔见第三册P35〕/物质波〔见第三册P51〕。
《大学物理》-光的干涉
光的干涉
针孔的衍射
二、光的衍射现象的分类
单缝衍射
不同波长光的单缝衍射条纹照片
白光， a = 0.4 mm
方孔衍射
等厚干涉
双缝干涉
增透膜
网格衍射
一、光的本性
1、微粒说与波动说之争
牛顿的微粒说： 光是由光源发出的微粒流。
惠更斯的波动说： 光是一种波动。
2、 光的电磁本性
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
解： P 点为七级明纹位置
r2 r1 7
插入云母后，P点为零级明纹
r2 r1 d nd 0
d r1
s1
r2
s2
P 0
7 dn 1
d 7 7 55001010 6.6 106 m
n 1 1.58 1
三 薄膜干涉
1 等倾干涉
一、倾斜入射*
光程差：
n2 ( AB BC ) n1 AD n1
: :
c : 2
(b c)
(a d
2
b) :a
x1 x2
0.495cm 10mm
4.95mm
明纹的位置 d sin k
2
s1
s 2*
a
Mb
d xk k
abc 2
K=3, K=4, K=5,
x3=5.05mm x4=7.07mm x5=9.09mm
光是波还是粒子
|科学课堂|◎ 编辑|刘相龙化转换的性质。
随后，光电效应及康普顿效应的发现无可辩驳地证明了光是一种粒子。
光到底是什么？波还是粒子？人们迷茫了。
光既是一种频率很高的电磁波，又是粒子，即光量子（简称光子），即光具有波粒二象性，就像水滴和水波的关系，这是现代物理学给出的回答。
光的波动说与微粒说之争从17世纪初笛卡儿提出的两点假说开始，到20世纪初以光的波粒二象性结束，前后经历了300多年时间。
牛顿、惠更斯、托马斯·杨、菲涅耳等著名的科学家成为该论战的主辩手，正是他们的努力揭开了遮盖在“光的本质”外面那层扑朔迷离的面纱。
光的干涉、衍射、偏振现象证明了光是波，此波不是如声波、水波那样的机械波，而是电磁波，是统计意义上的波，即概率波。
最先观察到光的干涉现象的是英国物理学家托马斯·杨，在1801年的双缝实验中发现，几道频率相同、振动方向一致且相位差恒定的光波在空间中互相叠加时，会导致某些区域始终增强，某些区域始终减弱，出现强弱相间、明暗相间条纹的稳定分布规律，据此还解释了薄膜干涉现象，说明了薄膜呈现彩色的原因。
光的干涉主要运用在平面测量领域和卫星导弹领域，其中最具代表性的是迈克尔逊干涉仪和干涉滤光镜。
迈克尔逊干涉仪多用在检测平面是否平整，如要加工高精度的平面玻璃板，利用样板和待测件的表面接触，在之间形成空气薄膜，利用光的干涉看薄膜上是否会出现条纹弯曲的现象，通过条纹的变化就能看出待测表面是否偏离平面。
阳光下五彩缤纷的肥皂泡，雨后马路上水面的彩色条纹，都属薄膜干涉。
自然光是一种电磁波，在垂直于传播方向的平面内包含着一切可能方向的振动，且在任一方向上都具有相同的振幅，即振动方向是对称的。
当光的振动方向对于传播方向不对称性时，便成了偏振光。
偏振是光传播的一种特性，是光的波动性的又一例证，当光被反射或通过某种介质时，偏振状态可发生改变。
生活中，所有的液晶屏都有一层偏振膜。
偏振眼镜，包括太阳镜和3D 眼镜，汽车的挡风玻璃，摄影的偏振镜都有利用偏振。
光的本性
光的本性学习目的：1、理解光的干涉现象，理解产生明暗纹的条件，了解光的干涉现象的应用2、了解光的衍射现象和产生明显衍射的条件3、了解光是一种电磁波；了解无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线等都是波长不同的电磁波4、了解光谱和光谱分析的初步知识5．了解光电效应规律6．了解光子说主要内容：光的波动性1．人类对光的本性的两种认识人类对光的本性的认识经历了一个辩证发展的过程，到十七世纪，在人类已经积累了许多几何光学知识的基础上，形成了对光的本性的两种认识——微粒说和波动说（1）微粒说：牛顿认为光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播（2）波动说：惠更斯认为光是一种振动，以能的形式向四周传播以上两种理论对光的本性认识的矛盾，是推动人类认识光的本性的内在动力。
根据事实建立新的学说，发展学说或者决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说，这是人类认识自然的基本规律。
2．光的干涉（1）双缝干涉英国物理学家托马斯·杨采用“一分为二”的方法获得了相干光源，在用单色光做双缝干涉实验时，在光屏上距双缝的路程差为光波波长的整数倍的地方出现明条纹；光屏上距双缝的路程差为光波半波长的奇数倍的地方出现暗条纹。
两列波的路程差d=r2-r1= x，d=kλ时，x=k λ，屏上出现亮条纹，d=(2k+1) 时，x=(2k+1) ·，屏上出现暗条纹，k=0，±1，±2……相邻两条亮（暗）条纹间距：△x= λ利用此规律可以用来测定光波的波长。
理论和实验都证明，干涉条纹间距（相邻两条明条纹中心或相邻两条暗条纹中心的间距）跟波长成正比。
所以从红光到紫光的干涉条纹间距越来越小，在用白光做双缝干涉实验时，除中央亮条纹为白色外，两侧均为彩色的干涉条纹。
（2）薄膜干涉当光照射到薄膜上时，被膜的前、后表面反射的两列光形成两列相干光，相叠加，也可发生干涉现象。
若入射光为单色光，可形成明暗相间的干涉条纹；若入射光为白光，可形成彩色的干涉条纹。
光的本性
• 2、圆孔衍射:明暗相间的间距不等的同心 、圆孔衍射
圆环
• 3、圆屏衍射:明暗相间的间距不等的同心 、圆屏衍射
圆环,中心有一“泊松亮斑” 圆环 中心有一“泊松亮斑”。 中心有一
练习： 练习：
• 1、两个独立点 光源 1和S2都发出同频率 、 光源S 的红色光，照亮一个原是白色的小屏， 的红色光，照亮一个原是白色的小屏，则 小屏中呈现的情况是：（ 小屏中呈现的情况是：（ ） • A、明暗相间的干涉条纹 、 • B、屏上一片红光 、 • C、屏仍是呈现白色的 、 • D、屏是黑色的 、
争议进行着！ 争议进行着！
• • • • • 19世纪： 世纪： 世纪 （1）麦克斯韦预言：光是一种电磁波 麦克斯韦预言： 麦克斯韦预言 （2）赫兹：证明光是一种电磁波 ）赫兹： 新的现象： 新的现象：光电效应 （3）爱因斯坦的光子说：光具有粒子性， ）爱因斯坦的光子说：光具有粒子性， 是一份一份的！ 是一份一份的！ • 统一：光既有粒子性又有波动性。 统一：光既有粒子性又有波动性。
二、现象
• （一）干涉： 干涉： • （1）干涉类型： ）干涉类型： A、杨氏双缝干涉 红光干涉 B、薄膜干涉 白光干涉
蓝光干涉
（3）应用： ）应用： 测波长、用干涉检查平面、增透膜(镀膜照 测波长、用干涉检查平面、增透膜 镀膜照 相机、眼镜） 相机、眼镜）
（二）光的衍射： 光的衍射：
• （1）定义：光离开直线路径绕到障碍物的 ）定义： 阴影区去。 阴影区去。 单缝衍射 圆孔衍射 圆屏衍射
一、光本ห้องสมุดไป่ตู้学说的发展史
• 光的基本知识： 光的基本知识： • 1、光在均匀介质中沿直线传播，在两 、光在均匀介质中沿直线传播， 种介质的界面处会发生反射和折射； 种介质的界面处会发生反射和折射； • 2、光在真空或空气中的传播速度约为 、 30万Km/s; 万 • 3、光具有能量。 、光具有能量。
光和光的传播
第一章光和光的传播§1-1光和光学一、光的本性1、光学的发展简史从17世纪开始，牛顿的微粒：认为光是按照惯性定律沿直线飞行的微粒流。
惠更斯（C.Huygens）提出的光的波动理论，认为光是在一种特殊弹性介质中传播的机械波。
但17、18世纪，主要是光的微粒理论起着主导作用。
主要问题是得出了光在水中的速度比在空气中大的错误结论。
19世纪初，托马斯·杨（Thomas Y oung）和菲涅耳（A.J.Fresnel）等人的实验和理论工作把光的波动理论大大推向前进，用波动理论解释光的干涉、衍射现象，初步测定了光的波长，并根据光的偏振现象确认光是橫波。
得出了光在水中的速度比在空气中小的正确结论，是在1862年由傅科（J.B.L.Foucault）的实验所证实。
因此，19世纪中叶，光的波动说战胜了微粒说。
惠更斯－菲涅耳旧波动理论的弱点，和微粒理论一样，在于它们都带有机械论的色彩，有着很大的局限性。
重要的突破发生在19世纪60年代，麦克斯韦（J.C.Maxwell）的著名电磁理论，这个理论预言了电磁波的存在，并指出电磁波的速度与光速相同。
因此麦克斯韦确信光是一种电磁现象，即波长较短的电磁波。
光的电磁理论以大量无可辩驳的事实赢得了普通的公认。
19世纪末、20世纪初是物理学发生伟大革命的时代。
正当人们在欢庆宏伟的经典物理学大厦落成的时候，一个个使经典物理学理论陷入窘境的惊人发现接踵而来。
当时物理学界的权威开耳文（Lord Kelvin）爵士把光以太和能均分定理的困难比喻作笼罩在物理学晴朗天空中的两朵“乌云”。
为了解决在黑体辐射实验中的“紫外灾难”问题，1900年普朗克（M.Planck）提出了量子假说。
2、光的本性光的某些方面的行为像经典的“波动”，另一些方面的行为却像经典的“粒子”。
这就是所谓“光的波粒二象性”。
一般情况下，在描述光的传播和光波的叠加时，光主要体现出它的波动性；在描述光与物质相互作用时，光主要体现出它的粒子性。
光的本性
光的本性很久以来，人们对光就进行了各种各样的研究。
光到底是什么东西呢？这个问题困扰了许多有才智之士。
古希腊哲学家们认为光是高速运动的粒子流。
凡是发光的物体，例如太阳，都能发出这样的粒子流。
当这些微小的粒子流接触到眼睛上时，就引起了人们对光的感觉。
对于光的研究在以后很长的年代里没有进展，直到伟大的科学家牛顿，才开创了一个光学研究的新世纪。
牛顿在他的工作室里，用三棱镜把白光分解为从红到紫的七种色光。
这是人类第一次看到光的奥妙。
白光并不是单一的，而是几种不同色光的复合。
进一步的研究使牛顿提出著名的光微粒说：光是由极小的高速运动微粒组成的；不同色光有不同的微粒，其中紫光微粒的质量最大，红光微粒的质量最小。
利用这种学说牛顿解释了光的折射、反射和上面描述的色散现象。
微粒说合乎人们的日常直观心理要求。
由于光是直线行进的，人们很容易相信光是粒子流。
而且由于牛顿的巨大声望，微粒说一时独领风骚。
但在牛顿的同时代人中亦有人大力批驳微粒说，荷兰人惠更斯(1629——1695)于1678年提出波动理论来解释光的本性。
他认为光的微粒理论无法解释光线可以相互交叉通过而互不影响，但这却是波的基本性质。
利用光的波动理论也很容易解释光的反射与折射现象。
那么，到底光是波还是粒子呢?到十九世纪初期，发现了光的干涉、绕射和偏振现象，这些行为只适合于光的波动理论解释。
同时，若根据微粒理论，光在水中的传播速度要大于光在空气中的传播速度，而根据波动理论计算的结果则正好相反。
在牛顿和惠更斯时期，人们还无法精确测量光速，因此无法用实验判定两理论的正误。
但到了十九世纪，科技水平和实验技巧都大大发展，因此在1862年福科测得了光在水中的传播速度，证实了其小于光在空气中的传播速度。
这时光的微粒说基本上是彻底被放弃了。
到1863年麦克斯韦发表著名的电磁理论，揭示了光波其实是电磁波的一种，这时波动理论的最后的一个难题——传播媒质问题也被解决了。
按照传统的机械波理论，光振动是在弹性媒质中的一种机械振动。
光的本性
1. 1.光的本性对光的本性的认识，有如下四种学说：(1)微粒说(以牛顿为代表)：把光看成是机械微粒。
(2)波动说(以惠更斯为代表)：认为光是一种机械波。
(3)电磁说(以麦克斯韦为代表)：认为光是一种电磁波。
(4)光子说(以爱因斯坦为代表)：认为光是光量子。
这些学说及其相关实验事实使人们对光的本性的认识逐渐深入。
现在人们认为，光是具有电磁本质的物质，它既有波动性，又有微粒性。
2. 2.光的微粒学说关于光的本性的一种早期学说。
在17世纪末期，牛顿提出了光的微粒学说，他认为光是一种具有完全弹性的球形微粒，大量地聚集组成的。
这些微粒以高速度作直线运动，并且只有在介质发生变更时才会有速度的变化，速度的变化则用介质对微粒的作用力来解释，牛顿从这种论据出发说明了光的直进现象、反射定律和折射定律。
然而微粒说无法解释一束光射到两种介质分界面处会同时发生反射和折射以及几束光交叉相遇时会毫无妨碍地互相穿过等现象。
但由于牛顿在学术界有很高的声望致使微粒说在100多年的长时间里一直占着主导地位，直到19世纪初人们观察了光的干涉、衍射等现象，并测定了光束从而说明了牛顿微粒说是不正确的。
在这里应说明牛顿的微粒和近代的“光的两重性学说”中的微粒有着本质区别。
3. 3.光的波动说关于光的本性的一种早期学说。
荷兰物理学家惠更斯创立了波动说。
他在1690年于《光论》一书中写道“光同声一样是以球形波面传播的”。
并且指出光振动所达到的每一点都可视为次波的振动中心。
次波的包络面为传播着的波的波阵面(波前)。
惠更斯的学说说明了光在相同介质或不同介质中的传播的方向问题以及与此相关的反射和折射定律。
但没有对光的波长、周期性等波动有密切联系的概念加以解释，直到19世纪初惠更斯的原理得到了补充。
1801年英国物理学家托马斯·杨巧妙而简单地解决了相干光源的问题。
成功地观察到了光的干涉现象，为波动说取得公认和迅速发展奠定了基础。
德国工程师菲涅耳以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了惠更斯-菲涅耳原理。
从光的干涉现象谈光的本性
从光的干涉现象谈光的本性
光的干涉现象是指光线在相遇点处产生干涉现象，光线的波动
性质引起光线的干涉。
这一现象可以用双缝干涉或干涉条纹来解释。
根据光的干涉实验，光的本性可以简单地描述为波动性质。
干
涉是指两个光波相遇并产生交替波峰和波谷的现象。
这种交替的波
峰和波谷产生了光的干涉条纹。
另外，光的波长和频率是物理参数，而光速则是物理定量所不
可避免的衡量对象。
光的波长和频率决定光的颜色，而光速决定光
的速度和传播距离。
因此，光的本性可以分为光电效应和光的波动
性质。
光的波动性质是最初被认可的光的性质，它主要包括光的反射、折射、干涉、衍射等现象。
在这些现象中，光的波动性质可以直接
被观察到和计量。
光的波动性质可以通过干涉实验来证明。
当两束光波相遇时，
光的振幅加起来，交替增强和衰减，形成一系列交替的明暗条纹。
这些条纹可以直接观测到，从而进一步证明光的波动性质。
光的互相作用是能量和动量的传递，可以用于解释光正在和其
它现象的相互作用，例如譬如照相和激光等。
总之，光的干涉现象为光的波动性质提供了明显的证据。
这一
现象为光的本性提供了有力的证据，光是一种具有波动性质的电磁
辐射，它的众多特性可以直接观察和计量。
1。
从光的干涉现象谈光的本性
从光的干涉现象谈光的本性【摘要】光的干涉现象揭示了光的波动性质和粒子性质，通过双缝干涉实验和杨氏双缝干涉实验可以观察到干涉条纹的形成。
单缝干涉实验和夫琅禾费衍射也为我们解释了光的干涉现象。
这些实验表明光具有波动特性，同时也具有粒子性质。
由此可见，光的本性是混合的，光既是波动也是粒子。
光的波动视角和光的粒子性质的探讨为我们提供了更全面的认识光的本质。
光的本性既包括波动性也包括粒子性，这两种性质共同构成了光的复杂本质。
【关键词】光的干涉现象、光的波动、粒子性质、双缝干涉实验、杨氏双缝干涉实验、单缝干涉实验、干涉条纹、夫琅禾费衍射、光的本性、波动特性、混合特性。
1. 引言1.1 光的干涉现象的基本原理光的干涉现象是光波相互作用的一种重要现象，它揭示了光是波动的本质。
干涉现象是在两个或多个波媒质的相互作用中产生的，其中涉及到波的叠加。
光的干涉现象的基本原理可以通过双缝干涉实验来解释。
在双缝干涉实验中，光从一个光源射向两个相距很近的狭缝，经过狭缝后形成的波通过干涉产生干涉条纹，这些条纹显示了波的干涉效应。
通过观察这些干涉条纹，我们可以了解光是如何以波的形式传播的，以及光的传播遵循的规律。
光在干涉现象中呈现出波动的性质，这说明光具有波动性质。
通过研究光的干涉现象，我们可以更深入地认识光的本质，并探讨光的波动特性对光的传播和传播规律的影响。
1.2 光的波动视角光的波动视角是指从波动理论的角度来解释光的干涉现象。
光的波动性质最早由英国科学家伊萨克·牛顿提出，他认为光是由许多微小的粒子组成的，这些粒子具有波动性质，并且在空间中传播。
后来，法国科学家奥古斯特·菲涅耳通过实验证实了光的波动性质，他提出了菲涅耳衍射定律，并解释了各种复杂的干涉现象。
在双缝干涉实验中，光通过两个狭缝时会产生干涉条纹，这可以用波动理论来解释。
光波从两个狭缝出发，形成波前，当波前相遇时会出现相位差，导致明暗条纹的形成。
而杨氏双缝干涉实验则更加直接地证明了光的波动性质，因为只有波动理论才能解释干涉图案的出现。
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从光的干涉现象谈光的本性
来源：中国论文下载中心 [ 05-09-28 18:00:00 ] 作者：未知编辑：冰断
文章摘要：对于光的本性的认识，几个世纪以来始终存在着激烈的争论，光的波粒二象性是两种学说相互妥协的结果。
在解释一些现象如干涉和衍射时，人们就用波动说去解释，而对另一些现象如光电效应就用微粒说去说明。
这种既是微粒又是波的存在在观念上确实叫人们不容易接受，其原因是到现在为止还没有一种理论能很好地把波动和微粒统一在一个模式下。
本文正是从这样一种出发点来探讨光的本性。
假设有一个光源S1，在S1前放置一块屏幕，从S1发出的光（光子）会将整个屏幕均匀的照亮。
我们知道，屏幕的亮度是与落在屏幕上面的光子数的多少有关的。
严格地说，屏幕的亮度是以垂直于屏幕的光线与屏幕的交点为中心向四周逐渐变暗的。
但这种变化决不是几率问题。
证明如下：把S1放在一个半径为R1的球的中心，假设S1在单位时间里发射出N个光子，则单位球面积上所接受的光子数等于光子数N除以球的总面积4πR12，如果把球的半径由R1变为R2（R2＞R1），则在单位球面积上所接受的光子数就变为N除以4πR22，由于R2大于R1，所以半径为R1的球在单位球面积上接受的光子数大于R2球单位面积上的光子数。
这就是为什么屏幕上的亮度是由明到暗逐渐变化的原因。
当屏幕距光源的距离很大且屏幕的面积又很小时，就可以近似的认为屏幕上的光子是均匀分布的。
现在把另一个相干光源S2放在靠近S1的地方，情况有了变化。
在垂直两个光源的平面上出现了明暗相间的圆环，而在平行两个光源的平面上，则出现了明暗相间的条纹见图一，这就是人们所说的光的干涉条纹。
因为干涉现象是波动的最主要特征，所以这也就成了光具有波动性的最有力证据之一。
我们知道机械波是振动在媒质中的传播，当有两列相干波源存在时，媒质中任意一点的振动是两列波各自到达这一点时波的叠加。
当到达这一点的两列波的相位相同时，则在这一点上的振幅最大，如果两列波的相位相差1800时，则振动的振幅相互抵消，这样就形成了有规则的干涉条纹。
经典光学正是套用机械波的方法证明光的干涉条纹的，而传播光的媒质以太已被证明是根本不存在的，这样用机械波的方法证明光的干涉条纹也就显得比较牵强。
量子力学在解释干涉条纹时则采用的是几率波的方法，认为亮的地方是光子出现几率多的地方，暗的地方则是光子出现几率少的地方。
问题是当只有一个光源时，光子是均匀分布在屏幕上的，而当存在另一个相干光源时，按照量子理论光子就会集中出现在一些地方而不去另一些地方，几率的解释是不能使人心悦诚服地接受的。
爱因斯坦曾用上帝不掷骰子来表达他对用几率描述单个粒子行为的厌恶。
这就是目前对于光的干涉现象的两种正统解释方法。
我们对于光本性的认识是否还存在其它我们没有考虑到的因素，是否还存在其它的证明方法来统一光的波粒二象性即用一种理论解释来解释波动性和粒子性呢？
为了找到这种新的理论，在此我们不得不在现有光量子理论基础上进行一些必要的修正即单个光量子的能量是变化的，光子的能量和质量是相互转化的，转化的频率就是光的频率。
频率快光子的能量大质量小，相反，频率慢则光子的能量小质量大，这样光子在空间所走的路程就形成了一条类波的轨迹。
在论证光的干涉现象之前，我们先对光源进行定义。
单频率点光源---频率单一且所有光子在离开光源时的状态（相位）都相同。
单频率点光源具有这样两个特点，其一在距光源某一点的空间位置上，光子的状态不随时间变化。
其二光子的状态随距点光源的距离作周期变化。
光的波长指的是光子在一个周期的时间内在空间运行的距离。
我们在x轴上设置两个点光源S1和S2，如图一所示。
令P为垂直平面上的一点，从P点到S1和S2的光程差PS1-PS2为波长的某个正数倍ml （m=±1，2，3，…）。
从S1和S2出发的两列光子，将同相地达到P点，状态相同。
再令Q为垂直平面上的另一点，从Q到S1和S2的光程差也为ml。
过P和Q点做一条曲线，使得这曲线上所有过XO的垂直平面内的点的轨迹都具有这样的性质，即这条曲线上任意一点到S1和S2的距离之差为常数，根据解析几何我们知道，这曲线是一条双曲线。
如果我们设想这一双曲线以直线XO为轴旋转，则它将扫出一个曲面，叫做双曲面。
我们看到，在这曲面上的任意一点，来自S1和S2的光子始终都是同相位的（相位差保持不变），光子在曲面上的每一点的状态是一定的，沿曲面上的点的状态是周期变化的。
由于光的波长很短，光子沿曲面的这种周期变化是不容易被观测到。
同理，我们令T为垂直平面上的另一点（图中未画出），从T点到S1和S2的光程差TS1-TS2为波长的l/2×（2m+1）倍（m=±1，2，3，…）。
从S1和S2出发的两列光子，将以1800的相位差达到T点。
再令V为垂直平面上的另一点（图中未画出），从V到S1和S2的光程差也为道长l/2×（2m+1）倍。
过T和V做一条曲线使这曲线上任一点到两定点S1和S2的距离之差为常数，这曲线也是一条双曲线，以XO为轴旋转同样将扫出一双曲面。
所不同的是来自S1和S2的光子到达这曲面上的任意一点的相位差始终为1800，叠加后的最终状态是一个恒定的值。
图一是在S1到S2的距离为3l，P点的光程差为PS1-PS2=2l（m=2）这一简单情况下画出的。
m=1的那条双曲线是垂直平面内光程差为l的那些点的轨迹。
光程差为零（m=0）的各点的轨迹是过S1S2中点的一条直线。
由它绕XO旋转而成的将是一个平面。
图中还画出m= -1和m= -2的双曲线。
在这种情况下，这五条曲线绕XO旋转而产生五个曲面，这五个曲面将S1和S2两光源所形成的能量场分成了6个左右对称的无限延伸的能量空间。
屏幕上亮线将出现在屏幕与诸双曲面相交的那些曲线的任何所在位置上。
如果两点光源间的距离是许多个波长，则将存在许多曲面，在这些曲面上各光子相互加强。
因而在平行于两光源连线的屏幕上，将形成许多明暗相间的双曲线（几乎是直线）干涉条纹。
而在垂直于两光源连线的屏幕上将形成许多明暗相间的圆形干涉条纹。
两条相邻的明条纹之间的关系是光程差相差一个l，暗条纹与相邻明条纹之间相差l/2。
干涉条纹从明到暗再到明之间的相位变化是从同相到相差1800相位再到同相。
为了检验以上的设想是否正确，这里我结合光的干涉实验和光电效应实验设计了一个简单实验。
第一步用光干涉仪产生明暗相间的干涉条纹。
第二步将光电管依次放在从明到暗条纹的不同位置上，当然采用的单色光源频率要在临阈频率之上，观察产生光电子动能的大小。
如果按照现有光量子理论，光电子的动能应该是不变的，原因是光子的能量只与光的频率有关而与光的亮度无关，干涉后光的频率并没有变化，所以在从明到暗的条纹上，测得的光电子的动能应该是不变的。
再从量子理论的观点来分析，明亮的地方光子出现的几率大，暗的地方光子出现的几率小，明暗只是单位面积上光子数不同而已，光子的动能并没有改变，所以结论也是光电子的动能不变。
而我的结论则是在从明到暗的干涉条纹上光子数是一样的，产生的光电子的动能是从大到小连续变化的。
如果实验的结果与我所做的推论一致，我们不妨把这一结论推广到一切实物粒子，因为实物粒子也具有波粒二象性，即一切实物粒子自身的能量与质量之间始终处在不停地相互变化中，这也正是量子力学波函数所要描述的微观世界粒子的客观实在图像。