光的波动性与粒子性精.ppt

光的波动性与粒子性第1页，本讲稿共22页 16651665年，胡克最早从波年，胡克最早从波的角度研究光。的角度研究光。牛顿根据光的直线传播牛顿根据光的直线传播提出粒子学说。提出粒子学说。“牛顿环牛顿环”现象是牛顿现象是牛顿的一项重要发现。它本的一项重要发现。它本来是解释光的波动性的来是解释光的波动性的表现，但牛顿却用粒子表现，但牛顿却用粒子观点解释这种现象。观点解释这种现象。第2页，本讲稿共22页 他指出他指出:难道光线不是从难道光线不是从发光物质发射出来的微发光物质发射出来的微小物体吗？因为这样的小物体吗？因为这样的物体会沿着直线穿过均物体会沿着直线穿过均匀介质而不会弯到影子匀介质而不会弯到影子里去。里去。第3页，本讲稿共22页 荷兰物理学家惠更斯借助光与声波的对比提出波动理论。惠更斯原理：波面上的每一点（面元）都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络就是该时刻总的波动的波面。其核心思想是：介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的。第4页，本讲稿共22页19世纪初期，托马斯-杨提出干涉原理，解释了光的干涉现象，并且测定了光的波长。但他认为光是纵波。第5页，本讲稿共22页 菲涅耳解释了衍射现象。菲涅耳解释了衍射现象。泊松亮斑证实了光的波泊松亮斑证实了光的波动性。动性。但波动说无法解释晶体但波动说无法解释晶体双折射和偏振现象。双折射和偏振现象。第6页，本讲稿共22页第7页，本讲稿共22页 随后马吕斯引入光的偏振。随后马吕斯引入光的偏振。18211821菲涅耳提出横波理论。菲涅耳提出横波理论。18651865年麦克斯韦发表年麦克斯韦发表电磁电磁场的动力理论场的动力理论。表明电场和。表明电场和磁场以波动形式传播。并求出磁场以波动形式传播。并求出电磁波的速度等于光速。由此电磁波的速度等于光速。由此说明光是一种横向振动的电磁说明光是一种横向振动的电磁波。波。第8页，本讲稿共22页18861886年年1010月，赫兹证月，赫兹证明光的电磁波本质。明光的电磁波本质。第9页，本讲稿共22页但是1887年赫兹在做实验时发现，发射回路的电火花照射到接收回路时，会对它的接收火花产生影响。后来又有德国霍尔瓦克斯，俄国斯托列夫托夫进行了相关研究。1899年，约瑟夫-汤姆孙光电流的荷质比与阴极射线荷质比相近。这说明光电流是与阴极射线相同的高速电子流。第10页，本讲稿共22页阳阳极极阴阴极极石英窗石英窗 光线经石英窗照在阴极上，便有光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出电子逸出-光电子光电子。光电子在电场作用下形成光电流。光电子在电场作用下形成光电流。2.2.光电效应的实验规律光电效应的实验规律1.1.光电效应实验光电效应实验第11页，本讲稿共22页阳阳极极阴阴极极石英石英窗窗2.2.光电效应实验规律光电效应实验规律.光电流与光强的关系光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。饱和光电流强度与入射光强度成正比。.截止频率截止频率c-极限频率极限频率对于每种金属材料，都相应的有一确定的对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率截止频率c。当入射光频率当入射光频率 c 时，电子才能逸出金时，电子才能逸出金属表面；属表面；当入射光频率当入射光频率 c时，无论光强多大也无电子逸出金属表时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。面。光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间 l0 ll0 的的的的x x光，光，光，光，其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象称为其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象称为其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象称为其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象称为康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应(compton effect)(compton effect)。用经典。用经典。用经典。用经典电磁理论电磁理论电磁理论电磁理论来解释康来解释康来解释康来解释康普顿效应遇到了困难。康普顿借助于爱因斯坦的光子理普顿效应遇到了困难。康普顿借助于爱因斯坦的光子理普顿效应遇到了困难。康普顿借助于爱因斯坦的光子理普顿效应遇到了困难。康普顿借助于爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的角度对此实验现象进行了圆满论，从光子与电子碰撞的角度对此实验现象进行了圆满论，从光子与电子碰撞的角度对此实验现象进行了圆满论，从光子与电子碰撞的角度对此实验现象进行了圆满地解释地解释地解释地解释.我国物理学家我国物理学家我国物理学家我国物理学家吴有训吴有训吴有训吴有训也曾对康普顿散射实验作也曾对康普顿散射实验作也曾对康普顿散射实验作也曾对康普顿散射实验作出了杰出的贡献。出了杰出的贡献。出了杰出的贡献。出了杰出的贡献。第15页，本讲稿共22页一、光的本性学说的发展史1.光的微粒说代表人物是牛顿，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.微粒说很容易解释光的直进现象与反射现象，但在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现象时遇到了困难.第16页，本讲稿共22页2.光的波动说代表人物是惠更斯，认为光是某种振动，以光的形式向周围传播.波动说在解释一束光射到两种介质分界面处同时发生反射和折射等现象时很成功，然而在解释光遇到障碍物在其后面留下清晰的影子时遇到了困难.第17页，本讲稿共22页3.光的电磁说代表人物是麦克斯韦和赫兹，认为光是一种电磁波，从而解决了光的波动说在传播介质问题上遇到的困难.然而在解释光电效应和康普顿效应时遇到了困难.第18页，本讲稿共22页4.光的量子说代表人物是爱因斯坦，他是在普朗克提出的能量子假设的基础上提出的.光子说认为在光的发射和吸收过程中光只能一份份地发射与吸收，这一份最小能量称为光量子，简称光子；能量值Eh.光子的静质量为零，动量为ph/c.光子说能圆满解释光电效应规律.第19页，本讲稿共22页5.光的波粒二象性光既有粒子性，又有波动性，就是光的波粒二象性.一般来说，大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性.频率越高的光粒子性越明显，波长越长的电磁波波动性越明显.研究光与粒子相互作用时，往往考虑光的粒子性，研究光的传播时往往考虑光的波动性.第20页，本讲稿共22页感悟v科学探索的道路上，充满未知与曲折，只有一代又一代人前赴后继地努力，才能打开一扇扇光明之窗。第21页，本讲稿共22页演讲结束谢谢！第22页，本讲稿共22页