光的波粒二象性

光的波动说：某种振动，以波的形式向四周围传播。
代表人物：是荷兰的物理学家惠更斯。
易解释：（1）光的反射、折射、光的反射和折射 可以同时发生。 （2）两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一 常见的现象。 难解释：光的直进性和影的形成。
干涉现象：英国医生兼物理学家托马斯· 杨于1801 年进行了 著名的杨氏干涉实验。 衍射现象：法国工程师菲涅耳于1818年演示了小 孔衍射。
如果用白光做双缝干涉实验，得到的是中央形成亮纹，两侧 为彩色的干涉条纹，思考：中央亮条纹为什么是白色的？
原因：1、各种色光均在中央形成亮纹，复合后为白光。 2、各种色光形成的干涉条纹间距不同，所以其余亮纹错开，形 成彩色干涉条纹。
光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另 一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？ 如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观 察到光的衍射现象呢？
孔较小时——屏 上出现衍射花样
不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能 使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原 因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果．历史 上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑．
钢针的衍射
圆孔衍射
圆屏衍射
疑难辨析1：单缝衍射图样与双缝干涉图样的区别
（1）条纹宽度有别： 双缝干涉条纹是等宽的，条纹间的距离是相等 的，而单缝衍射中央亮纹最宽，两侧亮纹是等宽的。 （2）光强分布不同
不同点：机械波的传播一定需要介质，其波速与介质的性质有关， 与波的频率无关．而电磁波本身就是一种物质，它可以在真空中传播， 也可以在介质中传播．电磁波在真空中传播的速度均为3.0×108m／s， 在介质中传播时，波速和波长不仅与介质性质有关，还与频率有关．
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光电效应：19世纪末，光电效应被发现，光的波 动说在光电效应面前束手无策，人们又认识到了 光确实具有粒子性。爱因斯坦提出了光的量子理 论---光子说. 人们终于认识到光既具有波动性又具有粒子性。
激 光 束 调节狭 缝宽窄
像 屏
取一个不透光的屏， 在它的中间装上一个 宽度可以调节的狭缝， 用平行的单色光照射， 在缝后适当距离处放 一个像屏 ．
用平行光（如激光） 照射单缝，随着单缝 宽度的逐渐变小，屏 上出现了明暗相间的 条纹——单缝衍射条 纹，即光通过狭缝后， 明显地偏离了直线传 播的方向，发生了衍 射现象。
△x
l x d
l 档板与光屏的距离λ波长d 两狭缝间的距离 其中（l>>d）
l x d
结论：两缝间距离越小、缝到屏的距离越大，光 波的波长越大，条纹的宽度就越大。 深入研究：当实验装置一定，红光的条纹间距最 大，紫光的条纹间距最小。表明不同色光的波 长不同，红光最长，紫光最短。
干涉和衍射是波动的重要特征，从而光的波动说 得到迅速发展。人类对光的本性的认识达到一个 新的阶段。
电磁说的提出：随着物理学各方面的发 展，麦克斯韦提出了电磁波的理论，进而 了光是电磁波的结论，惠更斯的波动说发 展到了麦克斯韦的电磁说。
光 关于光的电磁说的几点强调 的 1、麦克斯韦根据电磁理论，发现电磁波的波速与光速相同，提 电 磁 出了光是一种电磁波的假说．赫兹通过实验证实了光的电磁本质，光 的电磁说把光学和电学统一起来了． 说
光的微粒说：光是沿直线高速传播的粒子流 。 牛顿支持微粒说。人们都认为牛顿是微粒说 的代表。牛顿于1675年曾提出：“光是一群难以想象 的细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被 发光体“一个接一个地发射出来”。
易解释：光的直进性、影的形成、光的反射和折 射等现象。
难解释：（1）一束光入射到两种介质界面时， 既有反射，又有折射。何种情况发生反射，何种情况 下又发生折射呢?微粒说在解释这一点时遇到了很大的 困难。 （2）两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播 这一常见的现象，微粒说则完全无能为力了。
疑难辨析3：衍射条纹产生的实质 实质上是光波发生干涉的结果即相干波叠加的结 果，当光源发出的光照射到小孔或障碍物时，小孔处 或障碍物的边缘可看成许多点光源，这些点光源是相 干光源，发出的光相干涉，形成明暗相间的条纹。
水波、声波都会发 生衍射现象，它们 发生衍射的现象特 征是什么？
知识回顾：波的衍射 ①波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做 波的衍射。 ②只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相 差不多，或者比波长更小时，才能观察到明 显的衍射现象。 ③一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。
一切波都能发生衍射，通过衍射把能量 传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是 障碍物或孔的尺寸跟波长差不多．
红滤色片 S
S1
S2
用狭缝代替小孔，可以得到同样清晰， 但明亮得多的干涉条纹。
得到相干光源：一分为二的思想
光的干涉
双缝干涉
屏上看到明暗相间的条纹
激 光 束
双 缝
屏
双缝
屏幕
P3 第三亮纹
δ=3λ δ=5λ/2 δ=3λ/2
Q3 第三暗纹 P2 第二亮纹 δ=2λ
Q2 第二暗纹 P1 第一亮纹
S1 S2
双缝干涉条纹如果不考虑距离的远近造成传播 上的损失，每条亮纹的光强分布是相同的，而单缝 衍射条纹的光强分布主要集中在中央亮纹，中央亮 纹的光强占整个光强的95%以上。
疑难辨析2：光的衍射现象与光的直线传播 光的衍射现象是光的波动性的表现，现象是否明显， 取决于障碍物或孔的大小，当障碍物或孔的大小与光 波的波长相仿，或者比波长小时，就会明显地偏离直 线传播的路径绕到“阴影”区域， 光是一种波，在任何情况下，都会发生衍射现象， 只是程度不同而已，所以严格地说光并不是沿直线传 播，但在明显衍射的条件得不到满足时，衍射极不明 显，这时可以认为光是沿直线传播的，所以光的直线 传播只是一种近似规律。
光的波粒二象性
光到底是什么？……………
17世纪明确形成 了两大对立学说 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 牛顿 微粒说 19世纪初证明了 波动说的正确性 惠更斯 波动说
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
这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”
观察下列衍射图样，分析衍射规律：
不同缝宽的单缝衍射
不同色光的单缝衍射
A S
1、 孔较大时——屏 上出现清晰的光斑
B
2、 孔较小时——屏上出现 衍射花样
A S B 用电光源照射圆孔，随 着圆孔的逐渐减小，屏上 出现了明暗相间的圆环— —圆孔衍射条纹，表明光 明显地偏离了直线传播的 路线，发生了明显的衍射 现象。
2、光的颜色是由电磁波的频率决定的．不同频率的色光在真空 中波速相同，在介质中波速不同．同一色光在不同介质中，频率 （颜色）不变，波长和波速都要改变．在同一介质中，频率越高， 波速起小． 3、电磁波与机械波的比较:
共同点：都能产生干涉和衍射现象；它们波动的频率都取决于波 源的频率；在不同介质中传播，频率都不变．
单缝衍射条纹的特征 1、中央亮纹宽而亮．
2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．
单缝衍射条纹的特征：
1、各级亮纹的宽度不同，中央条纹最宽，两侧 条纹越来越窄
2、各级亮纹的亮度不同，中央亮纹最亮，向两 侧依次亮度减小， 3、白光的单缝衍射条纹中央白色亮纹，两侧为 彩色亮纹（原因：白光中的各种色光均在中央形 成亮纹，复合后为白光，同时白光中各种色光通 过单缝衍射程度不同，致使其余亮纹依次错开， 结果形成彩色衍射条纹）
δ=λ
Q 1 第一暗纹 P 中央亮纹 δ=0
Q1 / 第一暗纹 P3 / 第一亮纹 δ=λ Q2 / 第二暗纹 P3 / 第二亮纹 δ=2λ Q3 / 第三暗纹 P3 / 第三亮纹 δ=3λ
δ=λ/ห้องสมุดไป่ตู้ δ=λ/2
δ=3λ/2 δ=5λ/2
P
r1 S1 d S2 l
x
r2 O
相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离△x为：
杨（1773~1829） 光的干涉 1801年，英国物理学家托马斯·
在实验室里成功的观察到了光的干涉．
1、装置特点：
一、光的干涉现象---杨氏干涉实验
屏幕
（1）双缝很近 0.1mm， 单缝 双缝 （2）双缝S1、S2与单缝S的距离相等，
2、①要用单色光
②单孔的作用：是获得点光源 ③双孔的作用：相当于两个振 动情况完全相同的光源，双孔的 作用是获得相干光源