山東成人高考高起點物理--光的波動性和微粒性

光的波動性和微粒性

1.光本性學說的發展簡史
（1）牛頓的微粒說:認為光是高速粒子流.它能解釋光的直進現象，光的反射現象.
（2）惠更斯的波動說:認為光是某種振動，以波的形式向周圍傳播.它能解釋光的干涉和衍射現象.

2、光的干涉

光的干涉的條件是：有兩個振動情況總是相同的波源，即相干波源。（相干波源的頻率必須相同）。形成相干波源的方法有兩種：⑴利用激光（因為激光發出的是單色性極好的光）。⑵設法將同一束光分為兩束（這樣兩束光都來源于同一個光源，因此頻率必然相等）。下面4個圖分別是利用雙縫、利用楔形薄膜、利用空氣膜、利用平面鏡形成相干光源的示意圖。

2.干涉區域內產生的亮、暗紋

⑴亮紋：屏上某點到雙縫的光程差等于波長的整數倍，即δ= nλ（n=0，1，2，……）

⑵暗紋：屏上某點到雙縫的光程差等于半波長的奇數倍，即δ=（n=0，1，2，……）

相鄰亮紋（暗紋）間的距離。用此公式可以測定單色光的波長。用白光作雙縫干涉實驗時，由于白光內各種色光的波長不同，干涉條紋間距不同，所以屏的中央是白色亮紋，兩邊出現彩色條紋。

3.衍射----光通過很小的孔、縫或障礙物時，會在屏上出現明暗相間的條紋，且中央條紋很亮，越向邊緣越暗。

⑴各種不同形狀的障礙物都能使光發生衍射。

⑵發生明顯衍射的條件是：障礙物（或孔）的尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小。（當障礙物或孔的尺寸小于0.5mm時，有明顯衍射現象。）

⑶在發生明顯衍射的條件下當窄縫變窄時亮斑的范圍變大條紋間距離變大，而亮度變暗。

4、光的偏振現象：通過偏振片的光波，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動，稱為偏振光。光的偏振說明光是橫波。

5.光的電磁說

⑴光是電磁波（麥克斯韋預言、赫茲用實驗證明了正確性。）

⑵電磁波譜。波長從大到小排列順序為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。各種電磁波中，除可見光以外，相鄰兩個波段間都有重疊。

各種電磁波的產生機理分別是：無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運動產生的；紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發后產生的；倫琴射線是原子的內層電子受到激發后產生的；γ射線是原子核受到激發后產生的。

⑶紅外線、紫外線、X射線的主要性質及其應用舉例。

★★6、光電效應

⑴在光的照射下物體發射電子的現象叫光電效應。（右圖裝置中，用弧光燈照射鋅版，有電子從鋅版表面飛出，使原來不帶電的驗電器帶正電。）

⑵光電效應的規律。①各種金屬都存在極限頻率ν₀，只有ν≥ν₀才能發生光電效應；②瞬時性（光電子的產生不超過10^-9s）。

⑶愛因斯坦的光子說。光是不連續的，是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量E跟光的頻率ν成正比：E=hν

⑷愛因斯坦光電效應方程：E_k= hν--W（E_k是光電子的最大初動能；W是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功。）

7、光的波粒二象性

（1.）光的波粒二象性:干涉、衍射和偏振表明光是一種波；光電效應和康普頓效應又用無可辯駁的事實表明光是一種粒子；因此現代物理學認為：光具有波粒二象性。

（2.）正確理解波粒二象性-----波粒二象性中所說的波是一種概率波，對大量光子才有意義。波粒二象性中所說的粒子，是指其不連續性，是一份能量。

⑴個別光子的作用效果往往表現為粒子性；大量光子的作用效果往往表現為波動性。

⑵ν高的光子容易表現出粒子性；ν低的光子容易表現出波動性。

⑶光在傳播過程中往往表現出波動性；在與物質發生作用時往往表現為粒子性。

⑷由光子的能量E=hν，光子的動量表示式也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ。

由以上兩式和波速公式c=λν還可以得出：E = p c。