光的波粒二象性

1、第第1111组组演讲者：黄家平演讲者：黄家平组员：黄静文组员：黄静文 胡鑫平胡鑫平光的波粒二象性光的波粒二象性一、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。牛顿牛顿牛顿的微粒说能很好地解释光的直牛顿的微粒说能很好地解释光的直进、影的形成、反射、折射等现象进、影的形成、反射、折射等现象缺点缺点:微粒说不能解释当一束光射到两种介质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，射，何种

2、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惠更斯 水波、声波的反射和水波、声波的反射和折射现象比较容易见折射现象比较容易见到，所以波动说解释到，所以波动说解释反射、折射是可以令反射、折射是可以令人信服的至于两列人信服的至于两列水波互相穿过，几个水波互相穿过，几个人的说话声音可以同人的说话声音可以同时听到，都是人们熟时听到，都是人们熟知知 的现象的现象 惠更斯用波动说解惠更斯用波动说解释了光的反射和折释了光的反射和折射射 光的波动说在解释光的波动说在解释光的直进和影子的光的直进和

3、影子的形成原因时也遇到形成原因时也遇到困难，同样无法解困难，同样无法解释光为何能在真空释光为何能在真空中传播。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

4、说微粒说波动说波动说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：光具有粒子性对光学的研究对光学的研究从很早就开始从很早就开始了了 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增透膜增透膜薄膜干涉薄膜干涉镜面检测镜面检测光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波爱因斯坦爱因斯坦康普顿康普顿 光电效应以及

5、光电效应以及康普顿效应等无康普顿效应等无可辩驳的证实了可辩驳的证实了光是一种粒子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光波是一种概率波，概率表征某一事物出现的可能性现的可能性伽尔顿板实验伽尔顿板实验表明单个表明单个小球下落的位置是不确定的小球下落的位置是不确定的, ,但是它落在中间狭槽的可能但是它落在中间狭槽的可能性要大一些，即小球落在中性要大一些，即小球落在中间的概率较大间的概率较大气体分子热运动时气体分子热运动时电流电流光的波动性光的波动性光的粒子性光的粒子性我们在思考物理概念或物理规律

6、时，往往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，光既表现出波动性，又表现出粒子性， 频率越高频率越高的光的光, ,粒子性粒子性越明显越明显 波长越长波长越长的光的光, ,波动性波动性越明显越明显. . 大量光子大量光子的行为往往显示出的行为往往显示出波动性波动性, , 个别光子个别光子的行为往往显示出的行为往往显示出粒子性粒子性 由于微观世界的某些属性与宏观世界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不同，而我们的经验仅局限于宏观物体的运动运动 在生活中找不到一个既具有粒子性、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又具有波动性的物理模型帮助我们研究光子的规律子的规律 随着人类认识的范围不断扩大，不可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，需能直接感知的事物出现在我们的眼前，需要我们建立新的模型，提出新的理论来进要