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光的波粒二象性 一 光学简史 1 牛顿的微粒说在1704年出版的 光学 一书中 牛顿认为光是从发光体发出的并且以一定速度在空间直线传播的微粒 弹性小球 这种看法被称为微粒说 牛顿 牛顿的微粒说能很好地解释光的直进 影的形成 反射 折射等现象 缺点 微粒说不能解释当一束光射到两种介质界面时 既有反射 又有折射 何种情况下反射 何种情况下折射 在解释两束光相遇后 为何仍能沿原方向传播这一常见的现象 2 惠更斯的波动说光可以看作是某种振动在介质中的传播 惠更斯 水波 声波的反射和折射现象比较容易见到 所以波动说解释反射 折射是可以令人信服的 至于两列水波互相穿过 几个人的说话声音可以同时听到 都是人们熟知的现象 惠更斯用波动说解释了光的反射和折射 光的波动说在解释光的直进和影子的形成原因时也遇到困难 同样无法解释光为何能在真空中传播 可见 光的微粒说和波动说在解释光现象时 都各有成功的一面 但都不能完满地解释当时的一切光现象 在其后的100多年中 主要由于牛顿的崇高地位及声望 因而微粒说一直占主导地位 波动说发展很缓慢 人类对光本性的认识 还期待新的现象的发现 直到19世纪初 人们发现了光的干涉现象 进一步研究了光的衍射现象 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 17世纪明确形成了两大对立学说 牛顿 惠更斯 微粒说 波动说 19世纪初证明了波动说的正确性 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 对光学的研究 从很早就开始了 光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波 爱因斯坦 康普顿 光电效应以及康普顿效应等无可辩驳的证实了光是一种粒子 光是一种波 同时也是一种粒子 光具有波粒二象性 光波是一种概率波 概率表征某一事物出现的可能性 伽尔顿板实验 表明单个小球下落的位置是不确定的 但是它落在中间狭槽的可能性要大一些 即小球落在中间的概率较大 气体分子热运动时 电流 光的波动性 光的粒子性 我们在思考物理概念或物理规律时 往往 光既表现出波动性 又表现出粒子性 频率越高的光 粒子性越明显 波长越长的光 波动性越明显 大量光子的行为往往显示出波动性 个别光子的行为往往显示出粒子性 由于微观世界的某些属性与宏观世界不同 而我们的经验仅局限于宏观物体的运动 在生活中找不到一个既具有粒子性 又具有波动性的物理模型帮助我们研究光子的规律 随着人类认识的范围不断扩大 不可能直接感知的事物出现在我们的眼前 需要我
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