大学物理：第七章 光的粒子性
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.。
大学物理光学部分总结
薄膜干涉
光波在薄膜表面反射和透射时产 生的干涉现象，常用于增反膜和 增透膜的设计。
光的衍射现象
单缝衍射
光波通过一个狭窄的缝隙时，会在屏 上产生明暗相间的衍射条纹。
圆孔衍射
光波通过一个圆孔时，会在屏上产生 明亮的中心和逐渐减弱的衍射条纹。
吸收光谱
物质对不同波长的光的吸收程度 不同，形成了物质的吸收光谱。 通过对吸收光谱的分析，可以了 解物质的组成和性质。
吸收系数
物质对光的吸收能力可以用吸收 系数来表示，吸收系数越大，表 示物质对光的吸收能力越强。
光散射
光的散射现象
当光通过物质时，由于物质中微粒的散射作用，光发生散射现象，散射光的强度和方向 与入射光的波长、微粒的大小和形状有关。
3
光的相干性
同频率、同方向、同相位的光波具有相干性。
光的传播
反射定律
光在平滑界面上按特定角度反射 。
折射定律
光在不同介质间传播时，传播方向 发生变化。
光速
光在真空中的速度是一个恒定的值 ，不随光源或观察者的运动而改变 。
光的干涉
干涉现象
两束或多束相干光波在空间某一点叠加，产生明 暗相间的干涉条纹。
光与物质相互作用时，光作为粒子，其能量与物质中的电子相互作 用，引起电子的跃迁和能级变化，从而改变物质的状态。
光的波粒二象性
光既具有波动性又具有粒子性，在光与物质相互作用时，表现出不同 的性质和效果。
光吸收
光的吸收定律
当光通过物质时，物质吸收光能 并转化为热能或其他形式的能量 ，光的强度随传播距离的增加而 逐渐减弱。
光的偏振现象
光的粒子性 课件
A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′ B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′ C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′ D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′
【解析】 能量守恒定律和动量守恒定律是自然界的普遍 规律，适用于宏观世界也适用于微观世界．光子与电子碰撞时 遵循这两个守恒定律，光子与电子碰撞前光子的能量E＝hν＝ hcλ，当光子与电子碰撞时，光子的能量的一部分转移给电子， 光子的能量E′＝hν′＝hλ′c ＜E＝hcλ，可知λ＜λ′，故C选项 正确．
eU＝Ek－Ekm， 即Ek＝eU＋Ekm， 代入数值得Ek＝6.01×10－19J.
【答案】 (1)3.5×1012 (2)6.01×10－19J
三、有关康普顿效应的问题 【例3】 科学研究证明，光子具有能量也具有动量，当 光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给电子．假设光子与 电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中 ()
光的粒子性
一、光电效应 1．光电效应：在光的照射下物体发射电子的现象，发射 出来的电子叫做光电子． 2．光电效应的实验规律 (1)存在着饱和电流． (2)存在着遏止电压和截止频率． (3)光电效应具有瞬时性．
二、爱因斯坦的光电效应方程 1．光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的， 而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量 子被称为光子，频率为ν的光的能量子为hν.
【答案】 C
2．光电子的动能与光电子的最大初动能 光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，可能向各个 方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能 量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向 外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能．
3．光电流和饱和光电流 金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随 着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值 是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压 大小无关．
光的粒子性质知识点总结
光的粒子性质知识点总结光，这个我们日常生活中无处不在的现象，既神秘又熟悉。
在物理学的研究中，光具有波粒二象性，而其中的粒子性质是我们理解光的重要方面。
首先，我们来谈谈光的粒子被称为光子。
光子是一种没有静止质量的粒子，它以光速运动。
这一特性使得光子在真空中的传播速度始终保持不变，大约为 3×10^8 米每秒。
光的粒子性的一个重要表现是光电效应。
当光照射到某些金属表面时，会有电子从金属表面逸出。
这个现象无法用经典的电磁波理论来解释。
按照经典理论，光的强度越大，电子获得的能量就应该越多，逸出的电子动能也就越大。
但实际情况是，当光的频率低于某个特定值时，无论光的强度多大，都不会有电子逸出。
只有当光的频率高于这个特定值时，才会发生光电效应，而且逸出电子的动能与光的频率有关，而与光的强度无关。
爱因斯坦提出了光子学说来解释光电效应。
他认为，光是由一个个光子组成的，每个光子的能量与光的频率成正比，即 E ＝hν，其中 E是光子的能量，h 是普朗克常数，ν 是光的频率。
当光子照射到金属表面时，它的能量被金属中的电子吸收。
如果光子的能量足够大，能够克服金属表面对电子的束缚能，电子就会逸出金属表面，成为光电子。
光的粒子性还表现在康普顿效应中。
当 X 射线或伽马射线与物质相互作用时，会发生散射现象。
在散射过程中，光子与原子中的电子发生碰撞，光子的能量和动量会发生改变，从而导致散射光的波长发生变化。
这个现象进一步证明了光具有粒子性，因为只有粒子在碰撞中才会发生能量和动量的转移。
在一些微观过程中，光的粒子性也起着关键作用。
例如，在原子的能级跃迁中，原子吸收或发射特定频率的光子，实现能级的跃迁。
当原子从高能级跃迁到低能级时，会发射出光子；而从低能级跃迁到高能级时，则会吸收光子。
此外，光的粒子性在现代科技中有着广泛的应用。
例如，在激光技术中，利用了光子的能量和相干性，使得激光具有高强度、高方向性和高单色性等特点。
激光在医疗、通信、材料加工等领域都发挥着重要作用。
光的粒子性课件
其二,解释光电效应的瞬时性,电子吸收光子能量时间极短,几乎是
瞬时完成的。
其三,用光电效应方程解释电子最大初动能只与入射光频率有关,
其中 W0 是逸出功,hν 是光子能量,该式表示了金属表面逸出的电子的动
能大小,可知电子的动能与光子能量的关系。
其四,解释电流的强度与入射光的强度成正比。当已经发生光电效
种情况,若此光的频率仍然大于这种阴极材料的极限频率,是可以产生
光电流的,反之则无光电流产生,所以 C 错误,D 正确。
答案:BD
二、光电效应现象的解释
活动与探究
1.光电效应方程的实质是什么?
答案:光电效应方程的实质就是能量转化和守恒定律。
2.对光电效应方程 Ek=hν-W0,你是如何理解的?
答案:(1)公式中的 Ek 是光电子的最大初动能,对某个光电子而言,其
流,在一定的光照条件下,饱和光电流与所加电压大小无关。
4.波动理论在解释光电效应时,碰到了怎样的困难?
答案:
困
难1
波动理论解释
光电效应的实验事实
按照光的波动理论,不论入射光的频率是
多少,只要光强足够大,总可以使电子获
如果光的频率小于金属的截
止频率,无论光强多大,都没
得足够的能量从而发生光电效应
有光电效应发生
电场,光电子在电场的作用下由 K 运动到 A,于是在回路中形成电流(光
电流)。本题在绿光照射下已经产生了光电流,增大光照的强度,有可能
影响光电流的大小,不能改变光电子出射时的最大初动能,所以 A 错
误,B 正确。换用其他频率或波长的光照射时,若其他光的频率比绿光的
大,则肯定可以产生光电流,若用比绿光波长大的光照射,则可能出现两
《大学物理光学》PPT课件
3
光学仪器的发展趋势 随着光学技术的不断发展，光学仪器正朝着高精 度、高灵敏度、高分辨率和自动化等方向发展。
03
波动光学基础
Chapter
波动方程与波动性质
波动方程
描述光波在空间中传播的数学模型，包括振幅、频率、波长等参现象，是波动光学的基础。
偏振现象及其产生条件
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以 研究光的衍射规律。
光的反射与折射现象
光的反射
光在两种介质的分界面上改变传播方向又返回原来 介质中的现象。反射定律：反射光线、入射光线和 法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线 两侧，反射角等于入射角。
光的折射
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生 改变的现象。折射定律：折射光线、入射光线和法 线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两 侧，折射角与入射角的正弦之比等于两种介质的折 射率之比。
了解干涉条纹的形成和特点。
衍射光栅测量光谱线宽度
03
使用衍射光栅测量光谱线的宽度，掌握衍射光栅的工作原理和
测量方法。
量子光学实验项目注意事项
单光子源的制备与检测 了解单光子源的概念、制备方法及其检测原理，注意实验 过程中的光源稳定性、探测器效率等因素对实验结果的影 响。
量子纠缠态的制备与观测 熟悉量子纠缠态的基本概念和制备方法，掌握纠缠态的观 测和度量方法，注意实验中的环境噪声、探测器暗计数等 因素对纠缠态的影响。
光的粒子性和粒子的波动性ppt课件
1
对光学的研究
从很早就开始了… …
17世纪明确形成 了两大对立学说
牛顿 微粒说
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
19世纪初证明了 波动说的正确性
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
惠更斯 波动说
2
一、光电效应现象
19
爱因斯坦由于对光电效
应的理论解释和对理论
物理学的贡献获得1921
年诺贝尔物理学奖
。
密立根由于研究基本电荷和 光电效应，特别是通过著名 的油滴实验，证明电荷有最 小单位。获得1923年诺贝尔 物理学奖
20
1、光电效应的实验结论是：对于某种金属( AD )
A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不 能产生光电效应 B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产 生光电效应 C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电 子的最大初动能就越小 D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电 子的最大初动能就越大
德布罗意公式：v
h
h
P
德布罗意 法国物理 学家
28
2. 电子衍射实验2
电子束在穿过细晶体粉末 或薄金属片后，也象X射线 一样产生衍射现象。
阴极 栅极
多晶 薄膜
K
G
Cs
1927年 G.P.汤姆逊（J.J. U
汤姆孙之子） 也独立完成了
高压
屏P
电子衍射实验。与 C.J.戴维森
共获 1937 年诺贝尔物理学奖。
碰撞前
碰撞后
25
六、光子的能量与动量
E mc2 E h
m h
大学物理光学总结
望远镜的应用
天文学、观测星空、观测天体等。
望远镜的发展历程
从伽利略望远镜到现代的大型望远镜，望远镜的技术和性能不断得到提升。
显微镜
显微镜的种类
光学显微镜、电子显微镜、扫描隧道显微镜 等。
显微镜的应用
生物学、医学、材料科学等。
显微镜的性能参数
放大倍数、分辨率等。
显微镜的发展历程
超快光学
研究超短脉冲激光的生成、 传输和控制，应用于时间分 辨光谱、激光雷达、光刻等 领域。
非线性光学
研究光与物质相互作用中的 非线性效应，开发新型非线 性光学材料和器件，应用于 光开关、光限幅器等领域。
光量子计算与模拟
利用光子的量子特性进行信 息处理和模拟，实现更高效 、更安全的量子计算和量子 通信。
光的折射定律
总结词
的规律，即折射光线、入射光线和法线都位于同一 平面，且折射角随入射角的改变而改变。
详细描述
当光从一种介质进入另一种介质时，由于介质折射率的差异，光线的传播方向会发生改变，形成折射现象。折射 光线、入射光线和法线三者共面，且折射角随入射角的改变而改变。这一规律也适用于所有波长的光，是光学中 的基本定律之一。
光与物质的相互作用
光的吸收
总结词
描述光的吸收现象及其在物理中的应用 。
VS
详细描述
当光与物质相互作用时，光能量可以被物 质吸收，使物质获得能量并改变其状态。 这种现象在许多物理过程中起着重要作用 ，如光谱分析和激光技术等。
光的散射
总结词
解释光的散射现象及其产生的原因。
详细描述
当光遇到不均匀介质时，它会向各个方向散 射。这种现象通常是由于光与物质中的微小 颗粒相互作用引起的。光的散射在天空颜色 、雾气透明度等方面起着重要作用。
光的粒子性与波动性
光的粒子性与波动性光是一种电磁波，它具有一系列与粒子性和波动性相关的特性。
这种双重性质使得光具有独特的行为，既可以表现为粒子的特征，也可以表现为波动的特征。
光的粒子性主要体现在其由光子组成的特性上。
光子是光的粒子性质的基本单位，它具有能量和动量，并能传递这些量给其他物体。
根据光的粒子概念，光可以通过一个个离散的粒子（光子）来描述，每个光子携带一定能量，频率越高，光子所携带的能量也越大。
光的粒子性可以解释光在特定条件下的一些行为，例如光在光电效应中可以释放出电子，每个光子释放一个电子，电子的动能与光子的能量成正比。
然而，光的粒子性并不能完全解释光的行为，因为光还具有波动性质。
光的波动性指的是光的传播可以用波动的方式来描述，表现为波的传播特征，例如干涉、衍射和折射等现象。
在这些现象中，光的波动性展现出与传统波动现象相似的行为，例如光的干涉与声音的干涉类似，两个光波叠加会产生干涉条纹。
为了更好地理解光的波动性，对光的传播方式进行解释。
光是由电磁场的振动产生的，这种振动以波的形式向外传播。
根据麦克斯韦方程组，光波满足电磁波动方程，可以通过波动方程来描述，具有频率、波长和振幅等特征。
光的波长决定了光的颜色，而频率则决定了光的能量。
光的波动性在许多现象中都得到了验证和应用。
例如，当光通过一个障碍物或开口时，会出现衍射现象，这是由于光波的波长与障碍物或开口的尺寸相互作用所致。
衍射现象解释为光的波前弯曲或弯折，使得光能够绕过障碍物或在开口处扩展。
此外，光的干涉现象也是光的波动性的重要表现。
干涉是指两个或多个光波相遇时相互叠加的现象。
例如，当两束具有相同频率和相位的光波相互叠加时，会形成明暗相间的干涉条纹。
干涉现象可以通过杨氏双缝实验来直观地观察到，该实验通过两个狭缝后的光波产生干涉效应，形成明暗条纹。
尽管光既具有粒子性又具有波动性，但在特定条件下，光的粒子性或波动性更为突出。
例如，在粒子在尺度小到一定程度时（比如光的波长与物体的尺度相当），波动性变得不明显，光更倾向于表现为粒子性。
光的粒子性 课件
阳极
真空玻璃管 阴极
电源
频率决定的 遏制电压
光强决定的 饱和电流
2、光电效应规律 1）光电效应的发生几乎是瞬时的，时间 不超过10－9s。 2）任何金属都有一个能产生光电效应的 最低照射光频率，叫做极限频率。 3）光电子的最大初动能随入射光频率的 增大而增大，而与入射光强度无关。 4）光电流强度与入射光的强度成正比。
二、爱因斯坦的光电效应方程 1、光子假说
光是一束以速度C运动着一粒一粒的粒子
流，每一个光子所带能量=h，不同的频
率的光子具有不同的能量。这些粒子就是
光量子，现称光子。
2、光子理论对光电效应的解释 光不仅在发射和吸收时表现出量子性，
而且在空间传播时也表现出量子性——提出 了辐射的电磁场也具有量子性。
Wv
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例：用波长为2.0×10－7 m的紫外线照射 钨的表面，释放出来的光电子中最大的 动能是4.7×10－19 J．由此可知，钨的极 限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s， 光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效 数字)
7.9×1014Hz
1916 年 美 国 物 理 学 家 罗 伯 特 ·密 立 根 (Robert Andrews Millikan,1868～1953)历经十年，发表了 光电效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量子说。 （获1923年诺贝尔物理学奖）
14
由爱因斯坦光电效应方程
h
1 2
mvm2 ax
W0
得：
1 2
mvm2 ax
h
W0
初动能与频率有关
h W0 0
W0
h
极限频率：
0
W0 h
(3) 解释光电效应的瞬时性。 电子只吸收一个光子，无需能量的积累过程。
光的粒子性 课件
一、光电效应及其规律
1．光电效应：在光的照射下金属发射电子的现象，发
射出来的电子叫做 □1 光电子 。
2.光电效应的实验规律
(1)存在 □2 饱和 电流。 (2)存在遏止电压和 □3 截止 (3)光电效应具有 □4 瞬时性
频率。 。
3．光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，
而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能
5．光的强度与饱和电流：当入射光频率一定时，入射 光越强，饱和电流越大。
例 1 (多选)下列对光电效应的解释正确的是( ) A．金属内的每个电子要吸收一个或一个以上的光子， 当它积累的能量足够大时，就能逸出金属 B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子 核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应 C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大， 光电子的最大初动能就越大 D．由于不同金属的逸出功是不同的，因此使不同金属 产生光电效应的入射光的最小频率也不同
(3)光电效应具有瞬时性：电子一次性吸收光子的全部 能量，不需要积累能量的时间，光电流几乎是瞬时产生的。
例 2 用波长为 2.0×10－7 m 的紫外线照射钨的表面， 释放出来的光电子中最大的初动能是 3.7×10－19 J 。由此可 知，钨的极限频率约为(普朗克常量 h＝6.63×10－34 J ·s，光 速 c＝3.0×108 m/s)( )
□4 hλ
。当入射
光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分 □5 动量 转移给
电子，因此有些光子散射后波长 □6 变长 。
要点 光电效应中五组易混淆的概念
1．光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能 量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出 来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的原因，光电 子是光电效应的结果。
大学物理学：光的粒子性
四、普朗克假说 普朗克黑体辐射公式 普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858―1947)
德国物理学家，量子物理学的开创者和奠 基人。
普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论， 1900年12月14日他在德国物理学会上，宣 读了以《关于正常光谱中能量分布定律的 理论》为题的论文，提出了能量的量子化 假设，并导出了黑体辐射的能量分布公式。 这是物理学史上的一次巨大变革。从此结 束了经典物理学一统天下的局面。劳厄称 这一天为“量子论的诞生日”。
射出射度，简称单色辐出度，用Mλ(T)表示。
3、与热辐射有关的物理量
单色辐出度
从热力学温度为T 的黑体的单位面积上、单位时间内、 在单位波长范围内所辐射的电磁波能量，称为单色辐
射出射度，简称单色辐出度，用Mλ(T)表示。
辐射出射度
在单位时间内，从热力学温度为T的黑体的单位面积 上、所辐射的各种波长范围的电磁波的能量总和，称 为辐射出射度，简称辐出度。
2、瑞利—金斯公式
M (T )
瑞利-金斯
利用能量均分定理和电磁理
论得出：
M (T )d
2v 2
c2
kTd
M (T )d
2c 4
kTd
T=1600k
3、经典物理的困难
在低频（长波）部分与实验曲线相符合，在高频（短波）则完 全不能适用。
在高频部分，黑体辐射的单色辐出度将随着频率的增高而趋于 “无限大”——“紫外灾难”。
三、黑体辐射的瑞利—金斯公式 经典物理的困难
1、目的：
实验
探求单色辐出度的数学表达式
2、瑞利—金斯公式
M (T )
瑞利-金斯
利用能量均分定理和电磁理
光的粒子性 课件
个光子的能量不同,饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。
6.光电效应与经典电磁理论的矛盾
(1)矛盾之一:遏止电压由入射光频率决定,与光的强弱无关
按照光的经典电磁理论,光越强,光电子的初动能应该越大,所以遏止电
压应与光的强弱有关,而实验表明:遏止电压由入射光的频率决定,与光强无
的逸出功。
2.对方程的四点理解
1
(1)公式中的 Ek =2 mev2,是光电子的最大初动能,对某个光电子而言,其
1
2
离开金属时剩余动能大小可以是 0~ me v2 范围内的任何数值。
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程。
能量为ε=hν的光子被电子所吸收,电子把这些能量的一部分用来克服
金属表面对它的吸引,另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如果克
探究二爱因斯坦的光电效应方程
用光照射光电管且能产生光电效应,如果给光电管加上反向电压,光电
管中就没有电流了吗?
提示由于光电子具有一定的动能,当所加的电压较小时,光电管
中仍然有电流,当电压大于遏止电压时,电路中无电流。
1.光电效应方程:Ek=hν-W0,其中 Ek 为光电子的最大初动能,W0 为金属
3.康普顿效应
(1)在光的散射中,除了与入射波长 λ0 相同的成分外,还有波长大于 λ0 的
成分。这个现象称为康普顿效应。
(2)康普顿效应的意义:康普顿效应表明光子除了具有能量之外,还具有
动量,深入揭示了光的粒子性的一面。
4.光子的动量
ℎ
光子的动量 p= ,其中 h 为普朗克常量,λ 为光的波长。
(2)发生光电效应时,电子克服金属原子核的引力逸出时,具有的动能大
大学物理光学必考知识点
大学物理光学必考知识点光学是物理学的一个重要分支，研究光的传播、发射、反射、折射、干涉和衍射等现象。
作为大学物理学的一门必修课程，光学涉及到许多重要的知识点。
本文将介绍大学物理光学必考的知识点，帮助同学们系统地理解光学的基本原理和应用。
1.光的性质光既具有波动性质，也具有粒子性质。
根据电磁波理论，光是由电磁波组成的，具有波长、频率和速度等特性。
光的粒子性质则可以用光子的概念来解释，光子是光的基本粒子，具有能量和动量。
2.光的传播光在空气、水、玻璃等介质中的传播遵循直线传播的原理。
光在介质中的传播速度与介质的折射率有关，根据斯涅尔定律，光在不同介质之间传播时会发生折射现象。
3.光的反射光的反射是指光线遇到界面时发生反射现象。
根据光的入射角和反射角之间的关系，可以得到光的反射定律，即入射角等于反射角。
4.光的折射光的折射是指光线从一种介质传播到另一种介质时发生的偏折现象。
根据光的入射角、折射角和两种介质的折射率之间的关系，可以得到光的折射定律，即入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
5.光的干涉光的干涉是指两束或多束光波相互叠加时所产生的干涉现象。
根据光的相干性理论，当两束光波相位差为整数倍时，它们将发生叠加增强，形成明纹；当相位差为半整数倍时，它们将发生叠加抵消，形成暗纹。
6.光的衍射光的衍射是指光通过一个狭缝或物体边缘时所产生的弯曲现象。
根据光的衍射理论，当光通过一个狭缝或物体边缘时，光波将朝各个方向散射，形成衍射图样。
7.光的偏振光的偏振是指光波中的电场振动方向在一个特定平面上的现象。
根据光的偏振理论，只有在特定方向上的光波才具有偏振性，其他方向上的光波则无偏振性。
8.光的色散光的色散是指光在物质中传播时，不同频率的光波具有不同的折射率，从而形成不同颜色的现象。
根据光的色散理论，不同介质对不同频率的光波的折射率不同，导致光的折射角度也不同，进而引起光的色散现象。
总结起来，大学物理光学的必考知识点包括光的性质、传播、反射、折射、干涉、衍射、偏振和色散等。
大学物理：第七章 光的粒子性
理论验证： 1893年维恩用类比法（将黑体的能 谱分布假设与麦克斯威速率分布一致）得到一理 论公式，但仅在短波处吻合。 1900年瑞利与金 斯用能均分定理（每个谐振子的能量均为 kT）导 出另一公式，但仅在长波处相近。
1900年普朗克在维恩与瑞利公式的启发下，尝 试在二人的公式之间建立一个内插式公式，使它 在长波方面接近瑞利公式，短波方面接近维恩公 式，经过努力获得成功。
定量解释： 验证理论规律与实验结果是否吻合。
实验规律: 测什么，怎么测？ 单色辐出度 Mλ(T) —— 在λ—λ+dλ范围内物体单 位面积上的辐射功率。
选取对象： 黑体：只吸收不反射
视为黑体表面
M0λ(T)
平行光管
1700K
棱镜
热电偶
1500K
实验结果：
1300K 1.温度高，辐射能量 增加
λ
2.温度高，短波的电 磁能量增加
1900年普朗克在维恩与瑞利公式的启发下尝试在二人的公式之间建立一个内插式公式使它在长波方面接近瑞利公式短波方面接近维恩公式经过努力获得成功
光波
ห้องสมุดไป่ตู้
可见光
常用单色光源
热辐射现象的困难：
现象：1.任何物体都会辐射电磁波 2.电磁波中含有各种波长 3.每个波长对应着不同的电磁能量
波动模型的解释： 1.物体内分子原子的热运动视为带电谐振子的运 动。 2.谐振子频率不相同。 3.相同频率谐振子的数目不同。
理论上导出此公式需做如下假设：
机械振子的能量值是分离的，只能是某一最小能 量的整倍数。 ε， 2ε， 3ε， 4ε，…
ε = hν
辐射光波的能量是分离的。 爱因斯坦：光（量）子概念。
ε = hν
P = λ/h
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可见光
常用单色光源
热辐射现象的困难：
现象：1.任何物体都会辐射电磁波 2.电磁波中含有各种波长 3.每个波长对应着不同的电磁能量
波动模型的解释： 1.物体内分子原子的热运动视为带电谐振子的运 动。 2.谐振子频率不相同。 3.相同频率谐振子的数目不同。
定量解释： 验证理论规律与实验结果是否吻合。
ε = hν
P = λ/h
成功解释了光电效应现象。 说明： 光具有波动和粒子这两个特性。
实验规律: 测什么，怎么测？ 单色辐出度 Mλ(T) —— 在λ—λ+dλ范围内物体单 位面积上的辐射功率。
选取对象： 黑体：只吸收不反射
视为黑体表面
M0λ(T)
平行光管
1700K
棱镜
热电偶
1500K
实验结果：
1300K 1.温度高，辐射能量 增加
λ
2.温度高，短波的电 磁能量增加
理论验证： 1893年维恩用类比法（将黑体的能 谱分布假设与麦克斯威速率分布一致）得到一理 论公式，但仅在短波处吻合。 1900年瑞利与金 斯用能均分定理（每个谐振子的能量均为 kT）导 出另一公式，但仅在长波处相近。
1900年普朗Biblioteka 在维恩与瑞利公式的启发下，尝 试在二人的公式之间建立一个内插式公式，使它 在长波方面接近瑞利公式，短波方面接近维恩公 式，经过努力获得成功。
理论上导出此公式需做如下假设：
机械振子的能量值是分离的，只能是某一最小能 量的整倍数。 ε， 2ε， 3ε， 4ε，…
ε = hν
辐射光波的能量是分离的。 爱因斯坦：光（量）子概念。