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光的波粒二象性光到底是什么？光到底是什么？1717世纪明确形成世纪明确形成了两大对立学说了两大对立学说牛顿牛顿惠更斯惠更斯微粒说微粒说波动说波动说由于波动说没有由于波动说没有数学基础以及牛数学基础以及牛顿的威望使得微顿的威望使得微粒说一直占上风粒说一直占上风1919世纪初证明了世纪初证明了波动说的正确性波动说的正确性这里的光子完全不同于牛顿所说的这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒微粒”1919世纪末光电效应现象使得世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在爱因斯坦在2020世纪初提出了世纪初提出了光子说：光具有粒子性光子说：光具有粒子性 电磁说的提出：随着物理学各方面的发电磁说的提出：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。展到了麦克斯韦的电磁说。光的电磁说 1 1、麦麦克克斯斯韦韦根根据据电电磁磁理理论论，发发现现电电磁磁波波的的波波速速与与光光速速相相同同，提提出出了了光光是是一一种种电电磁磁波波的的假假说说赫赫兹兹通通过过实实验验证证实实了了光光的的电电磁磁本本质质，光光的电磁说把光学和电学统一起来了的电磁说把光学和电学统一起来了 2 2、光光的的颜颜色色是是由由电电磁磁波波的的频频率率决决定定的的不不同同频频率率的的色色光光在在真真空空中中波波速速相相同同，在在介介质质中中波波速速不不同同同同一一色色光光在在不不同同介介质质中中，频频率率（颜颜色色）不不变变，波波长长和和波波速速都都要要改改变变在在同同一一介介质质中中，频频率率越越高高，波速起小波速起小 3 3、电磁波与机械波的比较、电磁波与机械波的比较:共共同同点点：都都能能产产生生干干涉涉和和衍衍射射现现象象；它它们们波波动动的的频频率率都都取取决决于于波波源的频率；在不同介质中传播，频率都不变源的频率；在不同介质中传播，频率都不变 不不同同点点：机机械械波波的的传传播播一一定定需需要要介介质质，其其波波速速与与介介质质的的性性质质有有关关，与与波波的的频频率率无无关关而而电电磁磁波波本本身身就就是是一一种种物物质质，它它可可以以在在真真空空中中传传播播，也也可可以以在在介介质质中中传传播播电电磁磁波波在在真真空空中中传传播播的的速速度度均均为为3.0103.0108 8m ms s，在在介介质质中中传传播播时时，波波速速和和波波长长不不仅仅与与介介质质性性质质有有关关，还还与与频频率率有有关关关于光的电磁说的几点强调关于光的电磁说的几点强调 返回目录返回目录光电效应：光电效应：1919世纪末，光电效应被发现，光的波世纪末，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光确实具有粒子性。爱因斯坦提出了光的量子理论论-光子说光子说.人们终于认识到光既具有波动性又具有粒子性。人们终于认识到光既具有波动性又具有粒子性。18011801年，英国物理学家托马斯年，英国物理学家托马斯杨杨（1773182917731829）在实验室里成功的观察到了光的干涉）在实验室里成功的观察到了光的干涉光的干涉光的干涉一一、光的干涉现象、光的干涉现象-杨氏干涉实验杨氏干涉实验1 1、装置特点、装置特点：（1 1）双缝很近双缝很近 0.1mm 0.1mm，（2 2）双缝）双缝S S1 1、S S2 2与单缝与单缝S S的距离相等，的距离相等，单缝单缝 双缝双缝红滤色片红滤色片S1SS2屏幕屏幕2 2、要用单色光要用单色光 单孔的作用：单孔的作用：是获得点光源是获得点光源 双双孔孔的的作作用用：相相当当于于两两个个振振动动情情况况完完全全相相同同的的光光源源，双双孔孔的的作作用用是获得相干光源是获得相干光源 用狭缝代替小孔，可以得到同样清晰，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。但明亮得多的干涉条纹。得到相干光源：得到相干光源：一分为二一分为二的思想的思想光的干涉光的干涉双缝干涉双缝干涉激激光光束束双双缝缝屏屏屏上看到明暗相间的条纹屏上看到明暗相间的条纹双缝双缝S1S2屏幕屏幕P1 第一亮纹第一亮纹 =P 中央亮纹中央亮纹 =0P2 第二亮纹第二亮纹 =2P3/第三亮纹第三亮纹 =3P3 第三亮纹第三亮纹 =3P3/第二亮纹第二亮纹 =2P3/第一亮纹第一亮纹 =Q2 第二暗纹第二暗纹Q 1 第一暗纹第一暗纹Q3 第三暗纹第三暗纹Q3/第三暗纹第三暗纹Q2/第二暗纹第二暗纹Q1/第一暗纹第一暗纹=5/2=/2=3/2=5/2=3/2=/2dr1r2S1S2POxl相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离 x为：为：l 档板与光屏的距离档板与光屏的距离波长波长d 两狭缝间的距离两狭缝间的距离 其中（其中（ld）x结论：结论：两缝间距离越小、缝到屏的距离越大，光两缝间距离越小、缝到屏的距离越大，光波的波长越大，条纹的宽度就越大。波的波长越大，条纹的宽度就越大。深入研究：深入研究：当实验装置一定，红光的条纹间距最当实验装置一定，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。长不同，红光最长，紫光最短。如果用白光做双缝干涉实验，得到的是中央形成亮纹，两侧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？为彩色的干涉条纹，思考：中央亮条纹为什么是白色的？原因：原因：1、各种色光均在中央形成亮纹，复合后为白光。、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、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。成彩色干涉条纹。光光的的干干涉涉现现象象反反映映了了光光的的波波动动性性，而而波波动动性性的的另另一一特特征征是是波波的的衍衍射射现现象象，光光是是否否具具有有衍衍射射现现象象呢呢？如如果果有有衍衍射射现现象象，为为什什么么在在日日常常生生活活中中我我们们没没有有观观察察到到光的衍射现象呢？光的衍射现象呢？水水波波、声声波波都都会会发发生生衍衍射射现现象象，它它们们发发生生衍衍射射的的现现象象特特征是什么？征是什么？波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。波的衍射。只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相只有缝、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，才能观察到明差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。显的衍射现象。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，衍射是波特有的现象。知识回顾：波的衍射知识回顾：波的衍射 一一切切波波都都能能发发生生衍衍射射，通通过过衍衍射射把把能能量量传传到到阴阴影影区区域域，能能够够发发生生明明显显衍衍射射的的条条件件是是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多障碍物或孔的尺寸跟波长差不多 取一个不透光的屏，取一个不透光的屏，在它的中间装上一个在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放在缝后适当距离处放一个像屏一个像屏 激激光光束束调节狭调节狭缝宽窄缝宽窄像像屏屏 用平行光（如激光）用平行光（如激光）照射单缝，随着单缝照射单缝，随着单缝宽度的逐渐变小，屏宽度的逐渐变小，屏上出现了明暗相间的上出现了明暗相间的条纹条纹单缝衍射条单缝衍射条纹，即光通过狭缝后，纹，即光通过狭缝后，明显地偏离了直线传明显地偏离了直线传播的方向，发生了衍播的方向，发生了衍射现象。射现象。单缝衍射条纹的特征单缝衍射条纹的特征1 1、中央亮纹宽而亮、中央亮纹宽而亮2 2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗1、各级亮纹的宽度不同，中央条纹最宽，两侧、各级亮纹的宽度不同，中央条纹最宽，两侧条纹越来越窄条纹越来越窄2、各级亮纹的亮度不同，中央亮纹最亮，向两、各级亮纹的亮度不同，中央亮纹最亮，向两侧依次亮度减小，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、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，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）结果形成彩色衍射条纹）单缝衍射条纹的特征：单缝衍射条纹的特征：观察下列衍射图样，分析衍射规律：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缝宽的单缝衍射不同色光的单缝衍射不同色光的单缝衍射ABS 1、孔较大时孔较大时屏屏上出现清晰的光斑上出现清晰的光斑 2、孔较小时孔较小时屏上出现屏上出现衍射花样衍射花样ABS 孔较小时孔较小时屏屏上出现衍射花样上出现衍射花样 用电光源照射圆孔，随用电光源照射圆孔，随着圆孔的逐渐减小，屏上着圆孔的逐渐减小，屏上出现了明暗相间的圆环出现了明暗相间的圆环圆孔衍射条纹，表明光圆孔衍射条纹，表明光明显地偏离了直线传播的明显地偏离了直线传播的路线，发生了明显的衍射路线，发生了明显的衍射现象。现象。不不只只是是狭狭缝缝和和圆圆孔孔，各各种种不不同同形形状状的的物物体体都都能能使使光光发发生生衍衍射射，以以至至使使影影的的轮轮廓廓模模糊糊不不清清，其其原原因因是是光光通通过过物物体体的的边边缘缘而而发发生生衍衍射射的的结结果果历历史史上曾有一个著名的衍射图样上曾有一个著名的衍射图样泊松亮斑泊松亮斑圆屏衍射圆屏衍射圆孔衍射圆孔衍射钢针的衍射钢针的衍射疑难辨析疑难辨析1：单缝衍射图样与双缝干涉图样的区别：单缝衍射图样与双缝干涉图样的区别（1）条纹宽度有别：）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。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）光强分布不同 双缝干涉条纹如果不考虑距离的远近造成传播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纹的光强占整个光强的95%以上。以上。疑难辨析疑难辨析2：光的衍射现象与光的直线传播：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，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线传播的路径绕到“阴影阴影”区域，区域，光是一种波，在任何情况下，都会发生衍射现象，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。传播只是一种近似规律。疑难辨析疑难辨析3：衍射条纹产生的实质：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。干光源，发出的光相干涉，形成明暗相间的条纹。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！29