2020高中物理竞赛(科普版)物理学史03光学：杨氏双缝实验 (共14张PPT)

3．爱因斯坦对光的本性的研究
❖ 爱因斯坦关于光量子的假说是清 楚的。但当时曾遭到包括普朗克在 内的一些物理学家的反对。为此爱 因斯坦继续研究他的微粒说，并且 更深入地探索辐射的本性。
3．爱因斯坦对光的本性的研究
❖ 1909年，爱国斯坦在萨尔茨堡的一次科学会 议上所做的学术报告里，讲了这样一段话： “不可否认的是，有关黑体辐射的很大一类 实验说明，光所具有的一些基本性质，从牛 顿的微粒论去理解要比从波动说去理解容易 得多。因此我认为，在理论物理发展的下一 阶段，将会出现关于光的理论，根据这种理 论可能被看作是波动和微粒论的一种融合 体…我们关于光的本性和光的结构的看法的 深刻改变是不可避免的”。
2．杨氏双缝实验
❖ 在1801年，发表于《哲学会报》上 的论文中，解释了干涉现象。
❖关于杨氏的干涉实验和原理，后来 被记载在1807年出版的他的基础性 论著《自然哲学讲义》中，书中描 述了双缝干涉的基本实验，而缝的 图象是产生干涉和计算的基础。
菲涅耳的功绩
❖菲涅耳的功绩是他对衍射问题的研 究，他提出了把波阵面分解为波带 的近似计算方法，并用于研究屏幕 边缘和圆孔的衍射，计算和实验符 合得很好。还详细地研究了互不相 干的垂直振动的迭加问题，在引入 椭圆偏振和圆偏振的概念后，说明 了偏振面的转动现象。
菲涅耳的功绩
❖ 托马斯·杨和菲温耳的发现，标志着光学进 入了新的时期——弹性以太光学的时期。 牛顿的观念受到了强有力的冲击。尤其在 1849年菲索（法国人，1819一1896）利用 转动齿轮法和 1862年佛科（法国人， 1819—1868）利用旋转镜法，使得光速的 测定第一次能在实验室进行，由此证明了 波动说在解释折射时的正确性。这样波动 光学在关于光的本性的争论中，上升为统 治地位。
❖ 首次提出干涉这个术语。
2．杨氏双缝实验
❖ 杨在1801年的报告中，已经形成波动 光学的基本原理，他提出了比惠更斯进 一步的四条假设和八条命题。从这些条 款中，推导出光的传播速度和以太的弹 性和密度有关；也解决了惠更斯所没有 解决的问题——波为什么不向后面传播； 用命题解释了牛顿环。
❖ 并测定了光波ຫໍສະໝຸດ Baidu波长和波数，因此，波 动光学的基本概念——波长，也是杨首 次提出的。
麦克斯韦的工作
❖ 麦克斯韦在1864—1865年间，曾发表了 题为“电磁场的动力理论”的论文。这 篇文章的第五部分“光的电磁学说”。 在这部分里，他从基本方程组导出了波 动力方程，并证明电磁波是一横波，求 得电磁波的传播速度在空气中等于电量 的电磁单位与静电单位之比，即等于空 气或真空中的光速。
麦克斯韦的工作
德布罗意的工作
❖ 德布罗意的工作，使光的波粒二象性得到了 进一步阐述，并推广到了一切实物粒子都具 有波粒二象性的结论。1924年11月，德布罗 意在法国索邦提交了一篇论文，该文中把一 种称之为物质的波与每一个粒子的运动联系 起来，并得出两个关系
E＝hν，P＝h/λ 其中 E是粒子的能量；ν是物质波的频率； λ 是波长； P是动量的大小。
❖由此得出结论：“这一速度与光速 如此接近，看来我们有强烈的理由 断定，光本身乃是从波的形式在磁 场中按电磁规律传播的一种电磁振 动。”以上理论大约在二十年之后， 由赫兹用实验证明。
3．爱因斯坦对光的本性的研究
❖ 爱因斯坦为了解释光电效应，于1905年提出了光量子 假说，得出光电效应方程 。
❖ 十年以后由起初完全不相信爱因斯坦理论的密立根 （美国人，1868－1953）用实验加以证明。密立根 在1949年为纪念爱因斯坦七十诞辰而发表的一篇文章 中说道．“在我的一生中，花费了十年时间来检验 1905年的爱因斯坦方程。同我原来的全部期望相反， 1915年我迫于事实，宣布了对这个方程的毫不含糊的 实验验证，尽管它不合常理，因为它似乎违背了我们 所知道的有关光的干涉的全部事实”。
人类对光的本性的认识
❖人类对光本性的认识是否已经达到 了终点呢？根据科学发展的规律和 目前的状况看，答案是清楚的。至 少是有些问题还没有彻底解决。例 如：光量子还能再分吗，光子还有 没有内部结构？光子真的没有静止 质量吗？这些问题都有待于进一步 的探索。
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2020高中物理竞 赛（科普版）
有趣的物理学史
2．杨氏双缝实验
❖ 1800年，杨在论文《在声和光方面的实 验和问题》中，提出了反对微粒理论的 新论据：①在解释由强光和弱光源所发 出的光粒子有同样的速度方面碰到的困 难，②在解释射线从一种介质进入另一 种介质时，一部分不断地被反射，而另 一部分不断地发生折射的困难。