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1、光的波动性与粒子性,药学院2班王海平,1665年，胡克最早从波的角度研究光。 牛顿根据光的直线传播提出粒子学说。 “牛顿环”现象是牛顿的一项重要发现。它本来是解释光的波动性的表现，但牛顿却用粒子观点解释这种现象。,他指出:难道光线不是从发光物质发射出来的微小物体吗？因为这样的物体会沿着直线穿过均匀介质而不会弯到影子里去。,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。,19世纪
2、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。,菲涅耳解释了衍射现象。 泊松亮斑证实了光的波动性。 但波动说无法解释晶体双折射和偏振现象。,随后马吕斯引入光的偏振。 1821菲涅耳提出横波理论。 1865年麦克斯韦发表电磁场的动力理论。表明电场和磁场以波动形式传播。并求出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波。,1886年10月，赫兹证明光的电磁波本质。,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
3、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。,石英窗,光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出-光电子。,光电子在电场作用下形成光电流。,2.光电效应的实验规律,1. 光电效应实验,2. 光电效应实验规律,.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。,.截止频率c -极限频率,对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率c 。,当入射光频率 c 时，电子才能逸出金属表面；,当入射光频率 c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。,光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间10-9s。,光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也
4、与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。,光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。,为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。,1905年，爱因斯坦发表论文关于光的产生和转化的一个试探性观点，提出光量子假说，很好地解释了辐射的吸收与发射的问题。,1923年，美国物理学家康普顿在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光中除了有原波长l0的x光外，还产生了波长ll0 的x光，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
5、效应(compton effect)。用经典电磁理论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.我国物理学家吴有训也曾对康普顿散射实验作出了杰出的贡献。,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.,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
6、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.,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.,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.,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.,感悟,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。,演讲结束,谢谢！,
