光的波粒二象性课件

1、光的波粒二象性,1,光到底是什么？,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,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,世纪初证明了,波动说的正确性,这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”,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,2,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

2、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。,3,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。,4,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

3、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。,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。,5,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。,6,光,的,电,磁,说,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,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,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

4、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,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,3.0,10,8,m,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,关于光的电磁说的几点强调,返回目录,7,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

5、,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。,8,1801,年，英国物理学家托马斯,杨（,17731829,）,在实验室里成功的观察到了光的干涉,光的干涉,一,、光的干涉现象,-,杨氏干涉实验,1,、装置特点,：,（,1,）双缝很近,0.1mm,，,（,2,）双缝,S,1,、,S,2,与单缝,S,的距离相等，,单缝,双缝,红滤色片,S1,S,S2,屏幕,2,、要用单色光,单孔的作用：,是获得点光源,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,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

6、。,得到相干光源：,一分为二,的思想,9,光的干涉,双缝干涉,激,光,束,双,缝,屏,屏上看到明暗相间的条纹,10,双缝,S1,S2,屏幕,P,1,第一亮纹,=,P,中央亮纹,=0,P,2,第二亮纹,=2,P,3,/,第三亮纹,=3,P,3,第三亮纹,=3,P,3,/,第二亮纹,=2,P,3,/,第一亮纹,=,Q,2,第二暗纹,Q,1,第一暗纹,Q,3,第三暗纹,Q,3,/,第三暗纹,Q,2,/,第二暗纹,Q,1,/,第一暗纹,=5/2,=/2,=3/2,=5/2,=3/2,=/2,11,d,r,1,r,2,S,1,S,2,P,O,x,l,12,相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离,x,为：,l,档

7、板与光屏的距离,波长,d,两狭缝间的距离,其中（,l,d,）,x,?,d,l,x,?,?,13,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。,?,d,l,x,?,?,14,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。,15,光的干涉现象反映了光的波动性，

8、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？,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？,16,波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做,波的衍射。,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。,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,17,一切波都能发生衍射，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,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

9、照射，,在缝后适当距离处放,一个像屏,激,光,束,调节狭,缝宽窄,像,屏,18,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。,19,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,20,1,、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

10、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）,单缝衍射条纹的特征：,21,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,22,A,B,S,1,、,孔较大时,屏,上出现清晰的光斑,2,、,孔较小时,屏上出现,衍射花样,23,A,B,S,孔较小时,屏,上出现衍射花样,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。,24,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

11、曾有一个著名的衍射图样,泊松亮斑,圆屏衍射,圆孔衍射,钢针的衍射,25,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,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。,26,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,