光的波动性和微粒性
光的波动性和粒子性
专题二光的波动性和粒子性考情动态分析该专题内容，以对光的本性的认识过程为线索，介绍了近代物理光学的一些初步理论，以及建立这些理论的实验基础和一些重要的物理现象.由于该部分知识和大学物理内容有千丝万缕的联系，且涉及较多物理学的研究方法，因此该部分知识是高考必考内容之一.难度适中.常见的题型是选择题，其中命题率最高的是光的干涉和光电效应，其次是波长、波速和频率.有时与几何光学中的折射现象、原子物理中的玻尔理论相结合，考查学生的分析综合能力.此外对光的偏振降低了要求，不必在知识的深度上去挖掘.考点核心整合1.光的波动性光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光的偏振现象说明光波为横波，光的电磁说则揭示了光波的本质——光是电磁波.（1）光的干涉①光的干涉及条件由频率相同（相差恒定）的两光源——相干光源发出的光在空间相遇，才会发生干涉，形成稳定的干涉图样.由于发光过程的量子特性，任何两个独立的光源发出的光都不可能发生干涉现象.只有采用特殊的“分光”方法——将一束光分为两束，才能获得相干光.如双缝干涉中通过双缝将一束光分为两束，薄膜干涉中通过薄膜两个表面的反射将一束光分为两束而形成相干光.②双缝干涉在双缝干涉中，若用单色光，则在屏上形成等间距的、明暗相间的干涉条纹，条纹间距L Δx和光波的波长λ成正比，和屏到双缝的距离L成正比，和双缝间距d成反比，即Δx=d λ.若用白光做双缝干涉实验，除中央亮条纹为白色外，两侧为彩色条纹，它是不同波长的光干涉条纹的间距不同而形成的.③薄膜干涉在薄膜干涉中，薄膜的两个表面反射光的路程差（严格地说应为光程差）与膜的厚度有关，故同一级明条纹（或暗条纹）应出现在膜的厚度相同的地方.利用这一特点可以检测平面的平整度.另外适当调整薄膜厚度.可使反射光干涉相消，增强透射光，即得增透膜.（2）光的衍射①条件光在传播过程中遇到障碍物时，偏离原来的直线传播路径，绕到障碍物后面继续传播的现象叫光的衍射.在任何情况下，光的衍射现象都是存在的，但发生明显的衍射现象的条件应是障碍物或孔的尺寸与光波的波长相差不多.②特点在单缝衍射现象中，若入射光为单色光，则中央为亮且宽的条纹，两侧为亮度逐渐衰减的明暗相间条纹；若入射光为白光，则除中央出现亮且宽的白色条纹外，两侧出现亮度逐渐衰减的彩色条纹.（3）光的偏振在与光波传播方向垂直的平面内，光振动沿各个方向均匀分布的光称为自然光，光振动沿着特定方向的光即为偏振光.自然光通过偏振片（起偏器）之后就成为偏振光.光以特定的入射角射到两种介质界面上时，反射光和折射光也都是偏振光.偏振现象是横波特有的现象，所以光的偏振现象表明光波为横波.（4）光的电磁本性麦克斯韦的电磁理论预见了电磁波的存在，赫兹用实验证明了电磁波理论的正确性.由于光波和电磁波都为横波、传播都不需要介质、在真空中传播速度相同（皆以光速c=3×108 m/s的速度传播），人们很自然地认为光波为电磁波.电磁波的频率范围很广，光波只是电磁波的一个小小的分支，不同电磁波的产生机理不同，且有不同的作用效果.将电磁波按一定的顺序排列即形成电磁波谱.其中的光谱，按成因可分为发射光谱和吸收光谱，发射光谱又分为连续光谱和明线光谱.可用于光谱分析的是原子特征谱线——明线光谱和吸收光谱.2.光的粒子性（1）光电效应及其规律金属在光照射下发射电子的现象叫光电效应现象，其实验规律如下：①任何金属都存在极限频率，只有用高于极限频率的光照射金属，才会发生光电效应现象.②在入射光的频率大于金属极限频率的情况下，从光照射到逸出光电子，几乎是瞬时的，时间不超过10-9s.③光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与光强无关.④单位时间内逸出的光电子数与入射光的强度成正比.（2）光子说因光电效应的规律无法用光的波动理论解释，为解释光电效应规律，爱因斯坦提出了光量子说：光是一份一份的，每一份叫一个光量子，每个光量子的能量为E=hv.并给出光电效应方程：E k m=hv-W.3.光的波粒二象性光在某些现象中显示波动性，在另外的现象中又显示粒子性，为说明光的全部性能，只能说光具有波粒二象性.大量光子的行为往往显示波动性，少数光子的行为往往显示粒子性；频率越低的光子波动性越强，频率越高的光子粒子性越强.链接·提示我们现在所说的光具有波粒二象性,与17世纪惠更斯的光的波动说和牛顿的光的微粒说有本质的区别:惠更斯的光的波动说和牛顿的光的微粒说是截然对立的、互不相容的两种学说,而我们现在所说的光的波粒二象性是既对立又统一的,如表征光的粒子性的光子说中,光的能量E=hv中v为光的频率,就是描述光的波动性的物理量;同样光的波动性实质是大量光子运动所表现出来的几率波.考题名师诠释【例1】如图4-2-1，当电键S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零.合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零.当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为（）图4-2-1A.1.9 eVB.0.6 eVC.2.5 eVD.3.1 eV解析：S断开时电流表示数不为零，说明光电管在光照射下已经发生了光电效应现象.合上开关S后，光电管的两极间加上了一定的电压，两极间形成一定强弱的电场，但该电场是阻碍光电子向光电管的阴极运动的.当电压不够高、电场不够强的情况下，具有初动能的光电子仍可到达阳极而在电路中形成光电流，但当电压增大到一定数值后，若具有最大初动能的光电子不能到达阳极时，则电路中即不能形成光电流.由题设解得，具有最大初动能的光电子恰好克服0.60 V的电压做功后能到达阳极，即光电子的最大初动能E km=0.60 eV.由爱因斯坦光电效应方程E km=hv-W得：W=hv-E k m=(2.5-0.60) eV=1.9 eV.即选项A正确.答案：A点评：本题考查的就是对光电效应规律的理解，具有一定的难度，因为题目中给光电管加的已不是课本上常见的正向电压，而是反向电压.只有看懂电路图并真正理解了光电效应的规律，才有可能给出正确的解答.所以对各物理规律，一定要在理解上下工夫，真正弄懂弄通. 链接·思考若让你设计一个实验,测定某光电效应现象中逸出的光电子的最大初动能,应如何进行? 答案：实际上,该例题就提供了一个测定光电子最大初动能的方法:给光电管两极加一反向电压——光电管阳极接低电势、阴极接高电势,逐渐增大反向电压的大小,并观察串联于电路中的微安表,当电压增大至某一值时,电路中光电流恰为零,该反向电压即称为截止电压.由动能定理知,E km=eU止.可见,只要测出了截止电压v止,即可求出光电子的最大初动能E km.【例2】(经典回放)劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图4-2-2（1）所示.将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后，从上往下看到干涉条纹如图（2）所示.干涉条纹有如下特点： ①任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；②任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.现若在图（1）装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下看到的干涉条纹（）A.变疏B.变密C.不变D.消失图4-2-2解析：由薄膜干涉的原理和特点可知：干涉条纹是由膜的上、下表面反射的光叠加干涉而形成的，某一明条纹或暗条纹的位置就由上、下表面反射光的路程差决定，且相邻明条纹或暗条纹对应的该路程差是恒定的，而该路程差又决定于条纹下对应膜的厚度差，即相邻明条纹或暗条纹下面对应的膜的厚度差也是恒定的.当抽去一纸片后，劈形空气膜的劈尖角——上、下表面所夹的角变小，相同的厚度差对应的水平间距离变大，所以相邻的明条纹或暗条纹间距变大，即条纹变疏.选项A正确.答案：A点评：此题的难度实际已超出课本要求的难度，但在题干中对劈形薄膜的干涉特点作了必要的补充说明，属“信息给予”类题型.对此类题的解答，关键在于对题给信息的全面正确理解.此种题型可以考查考生的阅读能力、提取有用信息的能力、理解能力等多种能力，可能代表一种命题倾向，平时做些此类练习，还是有一定好处的.链接·拓展我们观察漂浮在水面上的油膜时,也会观察到彩色的干涉条纹,但水面上的油膜厚度基本上是等厚的,干涉条纹又是如何形成的呢?答案：水面上油膜产生的干涉现象是与劈尖干涉不同的另一种干涉现象,发生干涉的两列光仍是油膜上、下表面的反射光.尽管各处膜的厚度相同,但对同一处膜的上、下表面反射的两列光的路程差除了与膜的厚度有关外,还与观察的角度有关,即在不同角度观察,会产生不同的路程差而出现或明或暗的干涉条纹.仔细观察油膜干涉现象,你会发现:当你改换观察角度时,油膜上彩色条纹的位置(分布情况)也发生相应的变化.为把这两种干涉现象加以区别,通常把劈尖干涉称为等厚干涉,而把后一种干涉称为等倾干涉.【例3】假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞后,电子向某一方向运动.光子将偏离原运动方向,这种现象称为光子的散射,散射后的光子跟原来相比（）A.光子将从电子处获得能量,因而频率增大B.散射后的光子运动方向将与电子运动方向在同一直线上,但方向相反C.由于电子受到碰撞,散射光子的频率低于入射光子的频率D.散射光子虽改变原来的运动方向,但频率不变解析：由能的转化和守恒定律知,光子与电子碰撞后能量将减少,由光子能量E=hv知,碰后光子频率低于碰前光子频率,即选项C正确.答案：C点评：动量守恒定律和能的转化和守恒定律是自然界中普遍适用的两大主要定律,因此,在讨论任何问题时(无论是宏观问题还是微观问题),一定要注意这两个定律的应用.。
高中物理光的波动性和微粒性知识点总结
高中物理光的波动性和微粒性知识点总结高中物理中光的波动性和微粒性是每年高考的必考的知识点，可见其是很重要的，下面为同学们详细的介绍了光本性学说的发展简史、光的电磁说等知识点。
1.光本性学说的发展简史(1)牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流.它能解释光的直进现象，光的反射现象.(2)惠更斯的波动说:认为光是某种振动，以波的形式向周围传播.它能解释光的干涉和衍射现象.光的干涉的条件是：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。
(相干波源的频率必须相同)。
形成相干波源的方法有两种：⑴利用激光(因为激光发出的是单色性极好的光)。
⑵设法将同一束光分为两束(这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等)。
下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。
2.干涉区域内产生的亮、暗纹⑴亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ=nλ(n=0，1，2，……)⑵暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ= (n=0，1，2，……)页 1 第相邻亮纹(暗纹)间的距离。
用此公式可以测定单色光的波长。
用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。
3.衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗。
⑴各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。
⑵发生明显衍射的条件是：障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。
(当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm 时，有明显衍射现象。
)⑶在发生明显衍射的条件下当窄缝变窄时亮斑的范围变大条纹间距离变大，而亮度变暗。
4、光的偏振现象：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。
光的偏振说明光是横波。
光的电磁说5.⑴光是电磁波(麦克斯韦预言、赫兹用实验证明了正确性。
)⑵电磁波谱。
波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
高考物理知识点：光的波动性和微粒性
高考物理知识点：光的波动性和微粒性 1.光本性学说的发展简史 （1）牛顿的微粒说：认为光是高速粒子流。
它能解释光的直进现象，光的反射现象。
（2）惠更斯的波动说：认为光是某种振动，以波的形式向周围传播。
它能解释光的干涉和衍射现象。
2.光的干涉 光的干涉的条件是：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。
（相干波源的频率必须相同）。
形成相干波源的方法有两种：⑴利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。
⑵设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。
下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。
3.干涉区域内产生的亮、暗纹 ⑴亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ=nλ（n=0，1，2，……） ⑵暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍， 相邻亮纹（暗纹）间的距离。
用此公式可以测定单色光的波长。
用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。
4.衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗。
⑴各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。
⑵发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。
（当障碍物或孔的尺寸小于0。
5mm时，有明显衍射现象。
） ⑶在发生明显衍射的条件下当窄缝变窄时亮斑的范围变大条纹间距离变大，而亮度变暗。
5.光的偏振现象：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。
光的偏振说明光是横波。
6.光的电磁说 ⑴光是电磁波（麦克斯韦预言、赫兹用实验证明了正确性。
） ⑵电磁波谱。
波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。
各种电磁波的产生机理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的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。
光的散射现象
光的散射现象光的散射是指光线在物体表面或介质中传播时，受到物体粗糙表面或微粒介质的影响，发生改变方向和强度的现象。
在这篇文章中，我将为您介绍光的散射现象的原理、应用以及对我们生活的影响。
一、光的散射原理光的散射是由于光与物体或介质的相互作用而发生的。
当光线照射到物体表面时，其中的分子或原子会对光进行吸收、发射和重新辐射，导致光的改变方向和强度。
这种现象可以通过光的波动性和粒子性来解释。
根据光的波动性，当光波传播到物体表面时，会发生折射、反射和散射。
散射是其中一种可能的结果，它是由于物体表面的不规则形状或粗糙度导致光线在不同方向上的改变。
此外，光的散射还与光的波长有关，较短波长的光（如紫外线）更容易发生散射。
根据光的粒子性，光被看作由光子组成的粒子。
当光通过物体表面时，与物体上的分子或原子相互作用，光子会被吸收并重新发射。
这种重新发射使得原始光线改变了方向和强度，形成了散射现象。
二、光的散射应用光的散射现象在许多领域都有重要的应用。
1. 显微镜中的散射：显微镜通过观察样品中的散射光，使得原本无法被肉眼看到的微小颗粒或细胞等变得可见。
显微镜中的干涉散射技术可以提供更高分辨率的图像，对于科学研究和医学诊断具有重要意义。
2. 激光散斑：激光通过非均匀介质时，由于光的散射而形成的光斑现象。
激光散斑常用于表面粗糙度测量、材料质量检测等领域。
通过分析激光散斑的特征，可以获得有关物体表面或介质性质的信息。
3. 天文学观测：在天文学中，光的散射现象对于观测和研究天体非常重要。
大气层中的散射现象会导致星光在传播过程中发生改变，从而影响天体观测的精度和清晰度。
科学家们通过研究和建模光的散射现象，可以提高天文观测的准确性。
三、光的散射对我们生活的影响光的散射现象对我们的日常生活有一定的影响。
1. 天空的蓝色：当太阳光穿过大气层时，会与空气分子发生散射。
由于散射现象更容易发生在较短波长的光中，所以蓝色光波被散射得最多，导致我们看到的天空呈现出蓝色。
光的微粒说和波动说
光的微粒说和波动说光既是一种波动现象，又是由微粒组成的，这是一个长期以来受到科学界争论的话题。
本文将对光的微粒说和波动说进行探讨，以期深入理解光的本质。
首先，我们要了解光的微粒说。
光的微粒说是由爱因斯坦提出的，他认为光是由具有能量和动量的微观粒子组成的。
根据这一观点，光的传播可以看作是微粒在空间中传播的过程。
光的微粒说可以解释光的很多现象，如光的直线传播和反射等。
微粒说揭示了光的粒子性质，使人们对光的本质有了更深入的认识。
其次，我们来了解光的波动说。
光的波动说是由赫兹和麦克斯韦等科学家提出的，他们认为光是一种电磁波的传播。
根据波动说，光的传播是通过电磁场相互作用而产生的波动现象。
波动说可以解释光的干涉、衍射等现象，揭示了光的波动性质。
光的波动说为我们理解光的传播和相互作用提供了重要的理论依据。
光的微粒说和波动说虽然在一定程度上相互矛盾，但事实上它们是可以统一起来的。
根据量子力学的理论，光既可以看作是微观粒子的集合，也可以看作是电磁波的传播。
这一观点被称为光的波粒二象性。
根据波粒二象性，光既表现出粒子性质，也表现出波动性质。
这一理论的提出揭示了光的本质的复杂性和丰富性，为我们对光的认识提供了更深入的视角。
总结起来，光的微粒说和波动说分别强调了光的微粒性质和波动性质。
虽然在一定程度上有相互矛盾之处，但通过波粒二象性的统一理论，我们可以更全面地认识光的本质。
了解光的微粒说和波动说对于深入理解光的特性和应用具有重要意义。
总的来说，光的微粒说和波动说为我们揭示了光的本质和特性。
通过对这两种理论的研究，我们可以更加全面地认识和理解光的行为。
在实际应用中，我们可以根据光的微粒性质和波动性质选择不同的方法和理论来解释和描述光的现象。
对于光学领域的研究和应用，光的微粒说和波动说的综合理论将起到重要的指导作用。
综上所述，光的微粒说和波动说是对光本质的两种不同解释。
通过对光的微粒说和波动说的探讨，我们可以更好地理解光的行为和特性。
仪器分析-光学分析导论
波长λ：相邻两个波峰或波谷 间的直线距离。
c
1
波数： 每厘米长度内含有的波 长数目。
2、光的微粒性 电磁波的波动性不能解释辐射的发 射和吸收现象。对于光电效应及黑 体辐射的光谱能量分布等现象，需 要把辐射视为微粒（光子）才能满 意地解释。
3、电磁波谱图
复习思考：
1 通常将仪器分析分为哪几类？
第二章 光学分析法导论
一、光的二象性
1、 光的波动性 光是一种电磁波，电磁波具 有波动性和微粒性。
周期 T ：相邻两个波峰或波谷通过空 间某一固定点所需要的时间间隔称为 周期，单位为s（秒）。
频率 ：单位时间内通过传播方向上 某一点的波峰或波谷的数目，即单位 时间内电磁场振动的次数称为频率， 它等于周期的倒数1／T。
发射线是514.5 nm和488.0 nm。另外Kr+激 光器也是激光光谱仪的常备激光器。
(2) 固体激光器 光谱分析中常用的固体激光 器是红宝石（Al2O3掺Cr3+）激光器和Nd： YAG （掺钕的钇铝石榴石）激光器。前者的 激光波长为694.3 nm，后者使用的激光波长是 1064 nm。
二、 单色器
1、单道光子检测器 (1) 光电池 硒光电池是最常用的阻挡层光电 池。将一层半导体硒涂在铁或铝的金属底板 上，金属底板和硒之间是欧姆接触。在硒表 面再涂一层导电性和透光性良好的金属薄膜 如金、银等作为收集极，然后再在金属薄膜 表面涂一层保护层即成。 图10-17
(2) 光电管 光电管也称真空光电二极管。
光谱，这种光谱法有原子发射光
谱和火焰光度法等。
图10-6
光致发光 物质吸收光能后跃迁至
激发态，当回到低能态或基态时将
发射辐射，这种光谱法有原子荧光
光的波动性
白光内各种单色光的干涉条纹间距不同，屏上出现， 中央白色明条纹，两侧彩色条纹．
是不是只有双缝射出的相干光才能发生干涉呢？
三、薄膜干涉
1 、一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束反 射光产生的干涉现象叫薄膜干涉．
光的直线传播
二、 十九世纪初，人们成功地观察到光的干 涉、衍射现象，确立了波动说。 三、 19世纪60年代麦克斯韦预言电磁波的存 在，并提出光的电磁说，认为光是一种电磁波。 赫兹通过实验证明了光是一种电磁波。 四、19世纪末,光电效应现象的发现，对波动说提 出挑战。20世纪初爱因斯坦提出光子说，解释了 光电效应现象，说明光子具有粒子性。
蓝光干涉
白光干涉
二、光的干涉
1、干涉条件：
1、两束振动情况完全相同的光在空间相互叠加，形成明 暗相间条纹的现象，叫做光的干涉。
2、干涉现象
3、干涉成因
光 束 缝双
屏上看到明暗相间的条纹 屏
4、干涉条纹规律 P1 S1 S2
Δr
P
P1 P2
P
Δx
相干光源 光程差
S1、S2
Δ r =P1S2－P1S1
d s
s1 s2
2、薄膜两表面的反射光的叠加
d1 d2
明 暗
2d1 = n
2d2=(2n +1) /2
——液膜中的波长
3、人与火焰同侧（入射光侧）,可以观察到水平的干涉条纹。
4、薄膜干涉在生产技术中的应用：
（1）用干涉法检查表面是否平整
a
a
a处条纹弯曲，被测表面有什么问题？
《仪器分析》第十章光学分析法导论
λ1 λ2 λ3
θ1
b
等边型棱镜的色散
θ2
λ1
λ2
λ3
棱镜对相邻波长的光的色散能力可以用棱镜的角色散率 来衡量，即以折射角θ作为波长的函数而改变的速率：dθ/dλ
d d dn d dn d
dθ/dn是指θ棱镜材料折射率n的变化，dn/dλ代表折射率随着 波长的变化。前者取决于棱镜的几何形状，后者就是棱镜材 料的色散率。
子 子子 射
发
吸荧
线 荧
射 收光 光
原子光谱法
吸收光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可可共 收见见振
光谱分析法
紫红分分核化 外外子子磁学 可可荧磷共发 见见光光振光
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子子子子 射 学
发
荧
荧
磷
线 荧
发
射光光光 光 光
电磁波谱区及常用光学分析方法
光谱区域 γ射线 X射线 光学区
ni=c/vi 因为光传播的速度与频率有关，而c是常数，因此折射率是随 着频率改变而改变的，即波长不同的光的折射率不同。
当光束从一种介质到另一种介质时，由于两个介质的 密度不同使得光束在二介质中的传播速度不同，并且方向 也发生改变的现象成为折射。折射由斯涅耳（Snell）定律 表示：
入射
反射
i1 r1 1
5、光学方析法的应用
光学分析法是仪器分析中种类最多的一大类分析方法， 目前已达几十种之多，应用范围十分广泛：工农业生产、 国防、医药卫生、生物、地质矿产、环境保护等各领域， 几乎所有需要分析测试的领域，都有可能用到光学分析方
6、光学分析仪器的组成
（1）光源 （2）波长选择器 （3）样品池 （4）检测器 （5）信号处理器及读出装置
光的本性认识的发展
光的本性认识的发展光的本住问题是贯穿在光学发展中的一个根本问题。
正是这种对光的本性的探讨有力地推动了光学以及整个物理学的发展。
人们对光的本性的认识，从光是“物质的微粒流”，经历了光是“以太的振动”，光是电磁波到光是波粒二象性的统一等各个认识阶一段。
这一认识历程从牛顿和惠更斯之争算起到现在其间经历了三百多年。
人们遵循实验——假设——理论——实验这条途径，逐步达到了对光的本性的认识，这一认识揭示了物质世界光和电磁的统一，光的波动性和微粒性的统一。
德国物理学家劳厄在谈到这一认识的重大意义时指出：“在这以前还是完全互不相依的光的理论和电动力学理论的这种自然的结合发展是作为物理知识的真理一性证明的一个最伟大的事件”。
他在《物理学史》的导言中着重指出了研究两类不同的物理思想“它们不期而遇并且自然地相结合”的意义。
他说：“凡是经历了这种令人极为惊奇的事件的人，即使是在很远的距离经历的，或者至少能在事后加以回顾的，都不会怀疑：这些相互结合的理论，即使不包含完全的真理，终究也包含了与人类的附加因素无关的客观真理的一种重要的核。
否则，它们的结合只能理解为奇迹。
物理学史的理想必须是把这样的事件尽可能明晰地刻画出来”。
下面我们就来叙述人类对光的本性认识的发展过程。
（一）微粒说与波动说的思想渊源关于对光的本性这一古老之谜的认识要追索到古希腊时代。
古希腊杰出的原子论者德漠克利特（Democritus，公元前460～前370）最早提出光是物质微粒的观点。
他认为视觉是由物体射出的微粒进入眼睛而引起的。
古希腊的男一个原子论者伊壁鸠鲁（Epicurus，公元前341～前270）和古罗马的原子论者卢克来修（Lucretius，公元前99一前55）坚持这一学说。
卢克来修说：“从任何我们看见的东西，必定永远有许多原初物体流出来，被发放出来；被散布到四周各处，这些物体撞击眼睛，引起了视觉。
”量子论者的这一观点是后来把光看作某种物质实体的粒子说的萌芽。
物理学史4.4 光的微粒说和波动说
4.4光的微粒说和波动说什么是光？光的本性是什么？它由什么组成？每一位研究光学现象的物理学家都必然会涉及这些问题。
从折射定律和色散现象的研究也可看出这一点。
笛卡儿主张波动说，他认为光本质上是一种压力，在完全弹性的、充满一切空间的媒质（以太）中传递，传递的速度无限大。
但他却又用小球的运动来解释光的反射和折射。
牛顿倾向于微粒说，认为光可能是微粒流，这些微粒从光源飞出，在真空或均匀媒质中作惯性运动，但他在研究牛顿环时，却认识到了光的周期性，使他把微粒说和以太振动的思想结合起来，对干涉条纹作出了自己的解释。
可见，不论是笛卡儿还是牛顿，都没有对光的本性作出肯定的判断。
4.4.1早期的波动说胡克明确主张光是一种振动，并根据云母片的薄膜干涉现象作出判断，认为光是类似水波的某种快速脉冲。
在1667年出版的《显微术》一书中，他写道①：“在均匀媒质中，这种运动在各个方向都以同一速度传播，所以发光体的每个脉冲或振动都必然会形成一个球面。
这个球面不断扩大，就如同把石块投进水中在水面一点周围的波或环，膨胀为越来越大的圆环一样（尽管要快得多）。
由此可见，在均匀媒质中激起的这些球面的所有部分都与射线以直角相交。
”荷兰物理学家惠更斯发展了胡克的思想。
他进一步提出光是发光体中微小粒子的振动在弥漫于宇宙空间的以太中的传播过程。
光的传播方式与声音类似，而不是微粒说所设想的像子弹或箭那样的运动。
1678年他向巴黎的法国科学院报告了自己的论点（当时惠更斯正留居巴黎），并于1690年取名《光论》（Traite de laLumiere）正式发表。
他写道①：“假如注意到光线向各个方向以极高的速度传播，以及光线从不同的地点甚至是完全相反的地方发出时，其射线在传播中一条穿过另一条而互相毫无影响，就完全可以明白：当我们看到发光的物体时，决不会是由于这个物体发出的物质迁移所引起，就象穿过空气的子弹或箭那样。
”罗迈（Olaf Roemer， 1644—1710）在1676年根据木星卫蚀的推迟得到光速有限的结论，使惠更斯大受启发。
什么是波粒二象性
什么是波粒二象性简单来说就是，光在运动的时候可以看成是由光子（粒子）组成的，有粒子性，同时它的运动是按波的方式传播的，有波动性。
更科学，更复杂的说法：波粒二象性第一个肯定光既有波动性又有微粒性的是爱因斯坦。
他认为电磁辐射不仅在被发射和吸收时以能量hv的微粒形式出现，而且在空间运动时，也具有这种微粒形式。
爱因斯坦这一光辉思想是在研究辐射的产生和转化时逐步形成的。
与此同时，实验物理学家也相对独立地提出了同样的看法。
其中有W.H.布拉格和A.H.康普顿(ArthurHollyCompton,1892—1962)。
康普顿证明了，光子与电子在相互作用中不但有能量变换，还有一定的动量交换。
1923年，德布罗意把爱因斯坦的波粒二象性推广到微观粒子，提出物质波假说，论证了微观粒子也具有波动性。
他的观点不久就得到电子衍射等实验的证实。
波粒二象性是人类对物质世界的认识的又一次飞跃，这一认识为波动力学的发展奠定了基础。
§9.1 爱因斯坦的辐射理论早在1905年，爱因斯坦在他提出的光量子假说中，就隐含了波动性与粒子性是光的两种表现形式的思想。
他分析了从牛顿和惠更斯以来，波动说和微粒说之间的长期争论，指出麦克斯韦电磁波理论的局限性，审查了普朗克处理黑体辐射的思路，总结了光和物质相互作用有关的各种现象，认为光在传播过程和与物质相互作用的过程中，能量不是分散的，而是一份一份地以能量子的形式出现的。
1909年1月，爱因斯坦再次撰文讨论辐射问题，9月在萨尔茨堡举行的第81届德国物理学家和医学家会议上作了题为：《论我们关于辐射本质和组成的观点的发展》的演讲。
他利用能量涨落的概念，考察一个挂在空腔中的完全反射性的镜子的运动，空腔中充有温度为T的热辐射。
如果镜子是以一个非零的速度运动，则从它的正面反射出去的具有给定频率v的辐射要比从它的背面反射出去的多一些；因此镜子的运动将会受到阻尼，除非它从辐射涨落获得新的动量。
爱因斯坦利用普朗克的能量分布公式，推导出体积V中频率在v→v+dv，之间的那一部分黑体辐射所具有的能量均方涨落为接着，爱因斯坦对上式两项分别作了说明。
光的微粒说与波动说
一、光的微粒说与波动说光的本性是什么？三百多年来，它一直是令人困扰，久盛不衰的课题，它牵动着那么多物理学家的神经，使他们忘寝废餐、苦苦求索。
一代又一代才华横溢、学识渊博的学者、泰斗被卷入争论的旋涡，一座又一座“迷宫”出现在他们面前。
这场争论极大地影响和推动了近代科学发展的进程，直接导致了《相对论》的诞生。
追寻往事，令人感叹，发人深省。
1．根深蒂固的微粒说远在古希腊时代，亚里士多德等先哲即对光的本性深感兴趣。
他们认为光是从物体发出、射入眼睛引起视觉的客观现象，并总结出光的基本性质是：1、光在均匀媒质中直线传播；2、光线相互交汇时互不扰乱对方。
十七世纪文艺复兴时期逐渐形成了光本性的两种学说－－微粒说与波动说。
17世纪的科学巨匠牛顿，也是光学大师。
关于光的本性，牛顿是这样认为的：光是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子流，发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流，一旦这些光粒子进入人的眼睛，冲击视网膜，就引起了视觉，这就是光的微粒说．牛顿用微粒说轻而易举地解释了光的直进、反射和折射现象。
由于微粒说通俗易懂，又能解释常见的一些光学现象，所以很快获得了人们的承认和支持。
但是，微粒说并不是“万能”的，比如，它无法解释为什么几束在空间交叉的光线能彼此互不干扰地独立前时，为什么光线并不是永远走直线，而是可以绕过障碍物的边缘拐弯传播等现象。
为了解释这些现象，和牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯，提出了与微粒说相对立的波动说。
惠更斯认为光是一种机械波，由发光物体振动引起，依靠一种特殊的叫做“以太”的弹性媒质来传播的现象。
波动说不但解释了几束光线在空间相遇不发生干扰而独立传播，而且解释了光的反射和折射现象，不过在解释折射现象时，惠更斯假设光在水中的速度小于在空气中的速度，这与牛顿的解释正好相反。
谁是谁非，拉开了近代科学史上关于光究竟是粒子还是波动的激烈论争的序幕。
尽管波动说可以解释不少光学现象，但由于它很不完善，解释不了人们最熟悉的光的直进和颜色的起源等问题，所以没有得到广泛的支持。
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。
光的微粒说和波动说
光的微粒说和波动说一、教学目标1．物理知识方面．(1)了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．(2)了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．2．物理思想方面，人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的．3．过程和方法注重体现以学生为主体的教学理念，在师生的共同教学活动中，通过对“光”物理现象的观察、分析和归纳，培养学生科学探究的能力，并通过实验让学生了解研究物理的重要方法。
4. 情景态度和价值观,先布置课后作业(上一节课),提出问题,“光是什么”即光的本质，让同学们回去查阅有关资料，网上查询也可，分组进行，培养学生团结互助的精神，学习物理前辈严谨兼收并蓄的科学态度。
5．重点难点重点：光的本质和认识难点：光的波动性概念的形成二、教学设计思路和教学流程1．教学理念：本节课自始至终贯彻二期课改“以学生发展为本，教学内容贴近生活、贴近时代，实现学生学习方式的根本转变的教学理念；课堂教学的主线是：情景引入一探索研究一拓展应用，情景为基础，探究为核心，情景引导探究，自主活动以“大家谈”形式贯穿于课堂教学的始终。
’、2．教学方法：心理学研究认为“当人遇到问题需要解决：而又没有现成办法时，思维才出现”；所以，本节课采用的教学方法一改过去传统教学的教师叙述、学生被动接受、死记硬背、机械训练的模式，转向学生亲身体验感受、主动参与、合作探究，由接受式学习转变为主动获取式学习，通过创设物理情景，制造悬念，使学生“悟物穷理；通也引导、启发、讨论从而进行探究，建立正确的波及相关的物理概念。
学生在获取知识的同时，培养了学习能力。
：．3．教学手段：通过生活中常见的典型事例及学生亲自参与的“演示”，由创设的物理情景引出问题，唤起学生的感性认识，激发学生的求知欲，提供便于探索规律的良好的物理情境。
光的波动性与粒子性
“牛顿环”
增透膜的厚度等于光波波长1/4 （注意：是指光在增透 膜中的波长，数值上等于光在空气中波长的1/n，n为 增透膜的折射率）
1．在双缝干涉实验中．双缝到光屏上P点的距离之差d＝
0.6μm；若分别用频率为f1＝5.0×1014Hz和频率为f2＝ 7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现条纹的
【答案】 红外 热 波长较大 衍射
例1．在真空中频率为4×1014Hz的是红光，频率为 6×1014Hz的是绿光，现在有一束单色光，它在n=1.5的 玻璃中，波长为5000Å，它在这种玻璃中的频率是多少？ 是什么颜色？在真空中的频率是多少？又是什么颜色？
分析：光的频率决定于光的颜色，光从一种介质传到另
光的干涉现象及其常见的应用
杨氏双缝干涉的定量分析
如图24—2—2所示，缝屏间距L远大于双缝间距d，O点
与双缝S1和S2等间距，则当双缝中发出光同时射到O点附
近的P点时，
两束光波的路程差为δ=r2－r1.
两束光波的路程差为δ=r2－r1. 由几何关系得：r12=L2+(x－d/2)2，
r22=L2+(x+d/2)2. 考虑到 L》d 和 L》x，
术
照相底片感光（化学效应）
核技术
LC电路中 自由电子 的的振荡
原子的外层电子受到激发
原子的内 原子核受 层电子受 到激发
到激发
通讯，广 加热烘干、 照明，照 播，导航 遥测遥感， 相，加热
医疗，导 向等
日光灯， 检查探测， 探测，治 黑光灯手 透视，治 疗等 术室杀菌 疗等 消毒，治 疗皮肤病
等
8．让电炉丝通电，在电炉丝变红之前，站在电炉旁的 人就有暖和的感觉．这是由于电炉丝发出了_______ 线，而该线的_______作用较大；用红外线进行高空 摄影，是因为_______，比可见光_______现象还显著，
2010年高考物理试题光学问题分类评析
2010年高考物理试题光学问题分类评析徐建强河南省 卢氏县第一高级中学 472200来源 人教网光学问题是每年必考问题，试题形式多样，以选择题为主，实验题、计算题为辅。
考查内容为光的反射和折射，光的波动性和微粒性。
考查热点有：光的折射与全反射，光的干涉与衍射以及光电效应等知识的理解及应用。
2010年有七份试卷对光的反射、折射与全反射进行了考查，有三份试卷对光的波动性问题进行了考查；有五份试卷对光电效应知识进行了考查，很好的体现了大纲的变化（2009年个别省市没有涉及）。
1．光的反射和折射问题（全国卷1）20．某人手持边长为6cm 的正方形平面镜测量身后一棵树的高度。
测量时保持镜面与地面垂直，镜子与眼睛的距离为0.4m 。
在某位置时，他在镜中恰好能够看到整棵树的像；然后他向前走了6.0 m ，发现用这个镜子长度的5/6就能看到整棵树的像，这棵树的高度约为A ．5.5mB ．5.0mC ．4.5mD ．4.0m【答案】C【解析】如图是恰好看到树时的反射光路，由图中的三角形可得0.4m0.4m 6cm 眼睛距镜的距离眼睛距镜的距离树到镜的距离镜高树高+=，即0.4m 0.4m .06m 0+=L H 。
人离树越远，视野越大，看到树所需镜面越小，同理有0.4m6m 0.4m .05m 0++=L H ，以上两式解得L =29.6m ，H =4.5m 。
【方法提炼】正确作出光路图，利用光路可逆，通过几何关系计算出树的高度。
这也是解决光路图题目的一般思路。
【命题意图与考点定位】平面镜的反射成像，能够正确转化为三角形求解。
（全国卷2）20.频率不同的两束单色光1和2 以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是A ． 单色光1的波长小于单色光2的波长B ． 在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2 的传播速度C ． 单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D ． 单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角【答案】AD【解析】由折射光路知，1光线的折射率大，频率大，波长小，在介质中的传播速度小，产生全反射的临界角小，AD 对，B 错。
知识讲解 粒子的波动性、不确定关系
粒子的波动性、不确定关系【学习目标】1．知道康普顿效应及其理论解释；2．知道光具有波粒二象性，从微观角度理解光的波动性和粒子性； 3．了解概率波的含义，了解光是一种概率波． 4．知道微观粒子和光子一样具有波粒二象性；5．掌握波长hpλ=的应用； 6．知道“不确定性关系”以及氢原子中“电子云”的具体含义．【要点梳理】要点一、粒子的波动性 1．光的散射光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射． 2．康普顿效应（1）美国物理学家康普顿在研究X 射线通过金属、石墨等物质的散射时，发现在散射的X 射线中，除了有与入射波长0λ相同的成分外，还有波长大于0λ的成分．人们把这种波长变长的现象叫做康普顿效应． （2）经典电磁理论的困难：散射前后光的频率不变，因而散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应出现0λλ＞的散射光．（3）爱因斯坦的光子说：光子不仅具有能量E h ν=，而且光子具有动量h hp c νλ==． （4）康普顿用光子说成功解释了康普顿效应：他认为散射后X 射线波长改变，是X 射线光子和物质中电子碰撞的结果．由于光子的速度是光速，非常大，而物质中的电子速度相对很小，因此可以看做电子静止．碰撞前后动量和能量都守恒．碰撞后电子动量和能量增加，光子的动量和能量减小，故散射后光子的频率要减小，光子的波长变长．（5）康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性． 3．光的波粒二象性 （1）光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性．光既有波动性又有粒子性，单独使用任何一种都无法完整地描述光的所有性质，把这种性质叫做光的波粒二象性．（2）光波是一种慨率波．光子在空间各点出现的可能性大小（概率），可以用波动规律来描述．如单个光子通过双缝后的落点无法预测，但光子遵循的分布规律可预测，（通过双缝后）产生干涉条纹，亮纹处光子到达的机会大，暗纹处光子到达的机会小．4．光的波动性与粒子性的统一（1）光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用，在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小（概率）由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．（2）光子的能量跟其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此E hν=揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．（3）对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．要点诠释：光子是能量为hν的微粒，表现出粒子性，而光子的能量与频率ν有关，体现了波动性，所以光子是统一了波粒二象性的微粒，但是，在不同的条件下的表现不同，大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性；光在传播时表现出波动性，光和其他物质相互作用时表现出粒子性；频率低的光波动性更强，频率高的光粒子性更强．综上所述，光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体，相互间并不是独立存在．5．再探光的双缝干涉实验物理学家做了图甲所示的实验，帮助我们认识光的波动性和粒子性的统一．在双缝干涉的屏处放上照相底片，如果让光子一个一个通过双缝，在曝光量很小时，底片上出现如图乙所示的不规则分布的点，表现出光的粒子性．如果曝光量很大，底片上出现规则的干涉条纹反映光子分布规律，遵循波的规律，如图中丙、丁所示．要点诠释：实验表明个别光子的行为无法预测，表现出粒子性；大量光子的行为表现出波动性，在干涉条纹中，光波强度大的地方，即光子出现概率大的地方；光波强度小的地方，是光子到达机会少的地方，即光子出现概率小的地方．因此，光波是一种概率波．要点诠释：曝光量很小时可以清楚地看出光的粒子性，曝光量很大时可以看出粒子的分布遵从波动规律．6．光的波粒二象性的理解光的干涉、衍射、偏振说明光不可怀疑地具有波动性，学习了光电效应、康普顿效应和光子说，认识到光的波动理论具有一定的局限性，光还具有粒子性，经过长期的探索表明：光既具有波动性，项目内容说明光的粒子性当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质粒子的含义是“不连续”“一份一份”的光的粒子性中的粒子是不同于宏观观在真空中的传播．麦克斯韦的光的电磁说认为光是一种电磁波，是物质的一种特殊形态，从而揭示了光的电磁本质，能圆满地解释光在真空中的传播以及光的反射、折射、干涉和衍射等现象．牛顿主张的微粒说，认为光是一种“弹性粒子流”，是一种实物粒子，没有波动性；爱因斯坦的光=，其中ν是光的频率，属于波的特征子说认为光是由光子构成的不连续的特殊物质，光的能量E hν物理量之一，因此光子学本身没有否定光的波动性．惠更斯的波动说与牛顿的微粒说由于受传统宏观观念的影响，都试图用一种观点去说明光的本性，因而它们是相互排斥、对立的两种不同的学说．麦克斯韦的光的电磁说与爱因斯坦的光子说是对立的统一体，揭示了光的行为的二重性：既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．要点二、不确定关系1．物质的分析物理学把物质分为两大类：一类是分子、原子、电子、质子及由这些粒子所组成的物体，我们称它们为实物；另一类是场，如电场、磁场等，它们并不是由微观粒子所构成的，而是客观存在的一种特殊物质．（1）问题猜想：大家知道，光具有波动性，但同时也具有粒子性，即光具有波粒二象性，那么像分子、原子、质子、电子等微观粒子是否具有波动性呢？（2）德布罗意假设与物质波：1924年，32岁的法国物理学家德布罗意在他的博士论文中提出了一个大胆的假设：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应．这种波叫物质波，也称为德布罗意波．（3）物质波波长的计算公式：hλ=，式中h是普朗克常量，p是运动物体的动量．p（4）物质波的实验验证——电子束的衍射：1927年美国物理学家戴维孙和英国物理学家汤姆孙分别获得了电子束在晶体上的衍射图样（如图所示），从而证实了实物粒子——电子的波动性．他们为此获得了1937年的诺贝尔物理学奖．要点诠释：①1960年约恩孙直接做了电子双缝干涉实验，从屏上摄得了微弱电子束的干涉图样和光的干涉图样是非常相似的（如图所示）．这也证明了实物粒子的确具有波动性．②除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的Eh ν=和h pλ=关系同样正确．1929年，德布罗意获得了诺贝尔物理学奖，成为以学位论文获此殊荣的人．3．物质波是概率波电子和其他微观粒子同光子一样，具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波．要点诠释：（1）波粒二象性是包括光子在内的一切微观粒子的共同特征．（2）德布罗意波是概率波，在电子束的衍射图样中，电子落在“亮环”上的概率大，落在“暗环”上的概率小，但概率的大小受波动规律支配．4．不确定性关系（1）在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以同时精确测定的，而在量子理论中，要同时准确地测出微观粒子的位置和动量是不可能的，也就是说不能同时用位置和动量来描述微观粒子的运动．我们把这种关系叫做不确定性关系．（2）海森伯（德国物理学家）的不确定性关系对于微观粒子的运动，如果以x ∆表示粒子位置的不确定量，以p ∆表示粒子在x 方向上的动量的不确定量，那么4h x p π∆∆≥， 式中h 是普朗克常量． （3）海森伯的不确定性关系是量子力学的一条基本原理，是物质波粒二象性的生动体现．它表明：在对粒子位置和动量进行测量时，精确度存在一个基本极限，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量．5．电子云由不确定性关系可知原子中的电子在原子核周围的运动是不确定的，因而不能用“轨道”来描述它的运动．电子在空间各点出现的概率是不同的．当原子处于稳定状态时，电子会形成一个稳定的概率分布．人们常用一些小黑圆点来表示这种概率分布，概率大的地方小黑圆点密一些，概率小的地方小黑圆点疏一些，这样电子的概率分布图的结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”．电子云是原子核外电子位置不确定的反映． 要点诠释：（1）电子云描述的是电子在原子核外空间各点出现的概率大小的一种形象化的图示，并不是代表电子的位置．（2）我们通常认为的“核外电子轨道”，只不过是电子出现概率最大的地方． 6．位置和动量的不确定性关系的理解 （1）粒子位置的不确定性．单缝衍射现象中，入射的粒子有确定的动量，但它们可以处于挡板左侧的任何位置，也就是说，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的． （2）粒子动量的不确定性．微观粒子具有波动性，会发生衍射．大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到投影位置以外．这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量．由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量．（3）位置和动节的不确定性关系：4h x p π∆∆≥． 由4hx p π∆∆≥可以知道，在微观领域，要准确地测定粒子的位置，动量的不确定性就更大；反之，要准确确定粒子的动量，那么位置的不确定性就更大．如将狭缝变成宽缝，粒子的动量能被精确测定（可认为此时不发生衍射），但粒子通过缝的位置的不确定性却增大了；反之取狭缝0x ∆→，粒子的位置测定精确了，但衍射范围会随Δx 的减小而增大，这时动量的测定就更加不准确了． （4）微观粒子的运动具有特定的轨道吗？ 由不确定关系4hx p π∆∆≥可知，微观粒子的位置和动量是不能同时被确定的，这也就决定了不能用“轨道”的观点来描述粒子的运动，因为“轨道”对应的粒子某时刻应该有确定的位置和动量，但这是不符合实验规律的．微观粒子的运动状态，不能像宏观物体的运动那样通过确定的轨迹来描述，而是只能通过概率波作统计性的描述． 7．显微镜的分辨本领最好的光学显微镜能够分辨200 nm 大小的物体．衍射现象限制了光学显微镜的分辨本领．波长越长，衍射现象越明显．可见光波长为370750 nm ～，日常生活中的物体大小比可见光波长大得多，光的衍射不明显，所以我们才说光沿直线传播．当被观察物太小时，衍射现象不能忽略，这样物体的像就模糊了，影响了显微镜的分辨本领．电子显微镜是使用电子束工作的．电子束也是一种波，如果把它加速，电子动量很大，它的德布罗意波波长就很短，衍射现象的影响就很小．现代电子显微镜的分辨本领可以达到0.2 nm ．由于加速电压越高电子获得的动量越大，它的波长就越短，分辨本领也就越强，所以电子显微镜的分辨本领大小常用它的加速电压来表示．要点三、本章知识概括1．知识网络2．要点回顾不确定性关系：4hx p π∆∆≥，x ∆表示粒子位置的不确定量，p ∆表示粒子在x 方向上的动量的不确定量．电子云：电子在原子核外空间出现的概率大小的形象表示．黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的幅度都增加，辐射强度的 极大值向波长较短的方向移动能量子：微观粒子的能量是量子化的；h εν= 能量量子化 （1）产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率（2）入射光频率→决定每个光子能量E h ν=→决定光电子逸出后最大初动能（3）入射光强度→决定每秒钟逸出的光电子数→决定光电流大小（4）爱因斯坦光电效应方程k E h W ν=－ W 表示金属的逸出功，又c ν表示金属的极限频率，则c W h ν=W=h νc 光电效应用X 射线照射物体时，散射出来的X 射线的波长会变长光子不仅具有能量，也具有动量，hp λ= 康普顿效应 （1）光既具有波动性，又具有粒子性，光的波动性和粒子性是光在不同条件下的不同表现 （2）大量的光子产生的效果显示波动性；个别光子产生的效果显示粒子性 （3）波长短的光粒子性显著，波长长的光波动性显著（4）当光和其他物质发生相互作用时表现为粒子性，当光在传播时表现为波动性 （5）光波不同于宏观观念中那种连续的波，它是表示大量光子运动规律的一种概率波光的波粒二象性（1）一切运动的物体都具有波粒二象性（2）物质波波长h pλ=（3）物质波既不是机械波，也不是电磁波，而是概率波粒子的波动性【典型例题】类型一、粒子的波动性例1．科学研究表明：能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律．从科学实践的角度来看，迄今为止，人们还没有发现这些守恒定律有任何例外．相反，每当在实验中观察到似乎是违反守恒定律的现象时，物理学家们就会提出新的假设来补救，最后总是以有新的发现而胜利告终．如人们发现，两个运动着的微观粒子在电磁场的相互作用下，两个粒子的动量的矢量和似乎是不守恒的．这时物理学家又把动量的概念推广到了电磁场，把电磁场的动量也考虑进去，总动量就又守恒了．现有沿一定方向运动的光子与一个原来静止的自由电子发生碰撞后自由电子向某一方向运动，而光子沿另一方向散射出去．这个散射出去的光子与入射前相比较，其波长________（填“增大”“减小”或“不变”）．【思路点拨】光子具有动量且与其他物质相互作用时，动量守恒。
【名师精讲】2023年全国高中物理高考精题特训《光的波动性和微粒性》
十四、光的波动性和微粒性1. 选择题 一大题 8小题 4分考题： 8．A 与B 是两束平行的单色光，它们从空气射入水中的折射角分别为A r 、B r ，若A r ＞B r ；则A ．在空气中A 的波长大于B 的波长 B ．在水中A 的传播速度大于B 的传播速度C ．A 的频率大于B 的频率D ．在水中A 的波长小于B 的波长2. 选择题 一大题 1小题 4分 考题： 1．下列说法正确的是A ．光波是—种概率波B ．光波是一种电磁波C ．单色光从光密介质进入光疏介质时．光子的能量改变D ．单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变94．光本性学说的发展简史1. 单项选择题 2022夏季高考理综北京卷 第I 卷大题 15小题 6分 考题： 15．在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是（ ）A ．光的折射现象、色散现象B ．光的反射现象、干涉现象C ．光的衍射现象、偏振现象D ．光的直线传播现象、光电效应现象2. 选择题 一大题 8小题 4分考题： 8．A 与B 是两束平行的单色光，它们从空气射人水中的折射角分别为r A 、r B ，若r A >r B ，则A ．在空气中A 的波长大于B 的波长 B ．在水中A 的传播速度大于B 的传播速度C ．A 的频率大于B 的频率D ．在水中A 的波长小于B 的波长3. 非选择题第II卷大题 43小题 0分考题：43.这是茫茫宇宙中一颗蓝色的行星，这是一颗孕育了智慧生物的特殊行星，名字叫地球。
被称为太阳的恒星以辐射形式给她带来光明。
地球上的我们通过感觉来认识周围世界。
感觉是通向世界的窗户，我们的感觉器官接受环境中的刺激，把有关信息传递给脑，脑储存、加工和处理信息，使机体产生相应的行为。
太阳为我们带来光明和能量，日月星辰使我们感受节奏的魁力，体会季节和昼夜的变化，享受生物钟的美妙。
我们用眼睛看世界，然而所看到的缤纷世界是与一定波长的可见光紧密相连的。
光的强度的微观解释 -回复
光的强度的微观解释-回复光的强度是指光的能量在单位时间和单位面积上的传输量。
从微观角度解释光的强度需要了解光的微粒性和波动性。
根据光的微粒性，光由一束光子组成，而根据光的波动性，光传播时以波的形式进行。
首先，我们需要理解光子的概念。
光子是光的最基本单位，它是光的微粒性的体现。
根据额普斯坦关系（E = hf），光子的能量（E）与其频率（f）成正比。
因此，不同频率的光子携带的能量也会不同。
而光的强度与光子的数目有关，光的强度越大，光子数目也会相应增加。
其次，在光的波动性方面，光的传播遵循波动方程，即麦克斯韦方程组。
根据麦克斯韦方程组，光的电磁波以均匀传播速度在空间中传输，而光的能量则以波的形式传递。
光的能量密度（也称光的强度）定义为单位体积内的光能量。
然而，在微观层面，由于光的传播速度快且波长较小，我们可以将任意一个小体积V 中的光能量视作近似恒定。
因此，我们可以将光的体积V划分为无数个等容的小体积dV。
在这个微小的体积元素dV中，光的能量也是近似恒定的。
设该体积元素中光子的数目为n，每个光子的能量为E，则光的能量密度可以表示为光子能量与光子数目的乘积：光的能量密度（U）= nE。
接下来，我们来探讨光的强度与光的能量密度之间的关系。
光的强度可以理解为单位面积上的光的能量传播速率。
在一个面积为A的表面上，通过的所有光子都会带有能量E。
设从光源射出的每秒光子数目为N，则通过表面A的光子数目为n = Nt，这里的t是单位时间。
因此，通过单位面积的光子数目为n/A = Nt/A。
而单位面积上的光的能量则由光子数目和光子能量的乘积体现。
根据之前的推导，单位面积上的光的能量为nE。
因此，单位面积上的光的能量传播速率可以表示为单位面积上的光子数目与光子能量的乘积，即光的强度（I）= (n/A)E = (Nt/A)E。
最后，让我们来总结一下光的强度的微观解释。
从微观角度看，光的强度与光子能量和光子数目有关。
光的能量通过光子传递，光子能量与其频率成正比。
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光的波动性和微粒性
1、光本性学说的发展简史
（1）牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流.它能解释光的直进现象，光的反射现象.
（2）惠更斯的波动说:认为光是某种振动，以波的形式向周围传播.它能解释光的干涉和衍射现象.
2、光的干涉
光的干涉的条件：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。
（相干波源的频率必须相同）。
形成相干波源的方法有两种：
（1） 用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。
（2）设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。
下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。
3、干涉区域内产生的亮、暗纹
亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= n λ（n=0，1，2，……）
暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ=)12(2-n λ
（n=0，1，2，……）
相邻亮纹（暗纹）间的距离：λλ∝=∆d
l x （此公式可以测定单色光的波长）。
用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。
4、衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗。
（1）各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。
（2）发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。
（当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm 时，有明显衍射现象。
）
（3）在发生明显衍射的条件下当窄缝变窄时亮斑的范围变大条纹间距离变大，而亮度变暗。
5、光的偏振现象：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。
光的偏振说明光是横波。
6、光的电磁说
（1）光是电磁波（麦克斯韦预言、赫兹用实验证明了正确性。
）
（2）电磁波谱。
波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线。
各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。
S S
b
各种电磁波的产生机理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的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）红外线、紫外线、X 射线的主要性质及其应用举例。
★★7、光电效应
（1）在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。
（右图装置中，用弧光
灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。
）
（2）光电效应的规律：①各种金属都存在极限频率ν0，只有ν≥ν0才能发
生光电效应；②瞬时性（光电子的产生不超过10-9s ）。
（3）爱因斯坦的光子说：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E 跟光的频率ν成正比：E=h ν
（4）爱因斯坦光电效应方程：E k = h ν --W （E k 是光电子的最大初动能；W 是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。
）
8、光的波粒二象性
（1）光的波粒二象性:干涉、衍射和偏振表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。
（2）正确理解波粒二象性-----波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。
波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。
①个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。
②ν高的光子容易表现出粒子性；ν低的光子容易表现出波动性。
③光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。
④由光子的能量E=h ν，光子的动量λ
h p =表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。
由以上两式和波速公式c=λν还可以得出：E = p c。