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光本性认识之发展历程自古以来，人类一直对光有着浓厚的兴趣，并不断探索光的本性和性质。
随着科学技术的进步，人们对光的认识也在不断深化和发展。
本文将从古代到现代，梳理光的本性认识之发展历程。
古代认识光的本性主要集中在光的传播和反射方面。
在古希腊时代，亚里士多德的传感理论认为光是由物体发出的一种物质，而光的传播是通过这种物质从视觉对象传开的。
然而，亚里士多德的理论在解释光的传播性质上存在着种种问题。
随着科学思想的演进，伽利略和维塞利亚等科学家开始对光进行实验和观察。
伽利略的实验揭示出光在空气中以直线传播，并能够发生折射。
维塞利亚的实验进一步证明了光的传播性质，他使用了狭缝来研究光的传播，发现光通过狭缝后会产生衍射现象。
这些实验与观察结果巨大地推动了光的本性认识的进展。
到了17世纪，哈克将光的传播性质与粒子模型相结合，提出了光由小颗粒（现在称作光子）组成的理论。
这一理论解释了光直线传播和折射现象，但无法解释光的颜色和衍射现象。
随后，荷兰物理学家霍普完成了著名的实验，证明了光的波动性质。
他使用了两个狭缝来研究光的衍射现象，发现光在通过狭缝之后形成了明暗相间的斑纹，这一实验结果证明了光的波动性质。
19世纪初，光的本性认识迈入了一个新的阶段。
迈克尔逊和莫雷在1887年进行了一项著名的实验，用以测量以太的存在。
然而，实验结果却意外地未能检测到以太，从而推翻了以太理论。
这次实验的失败促使爱因斯坦在十几年后提出了相对论，其中包括了光速不变的原理。
爱因斯坦的理论将光的速度视为宇宙常数，使得我们对光的本性有了更深入的认识。
进入20世纪，量子力学的发展对光的本性认识产生了重要影响。
玻尔提出了光子的概念，解释了光的能量和波动性。
根据玻尔的理论，光可以看作是粒子的形式，而每个光子都具有一定的能量。
这一理论不仅解释了光的辐射和吸收现象，还为后来激光和光电子技术的发展奠定了基础。
到了现代，光的本性认识越发深入。
人们发现光具有量子特性，可以表现出波粒二象性。
关于光的本性的争论关于光的本性的探索可追溯到古希腊时代，毕达哥拉斯学派和原子论派认为光是物体所发出的粒子，亚里士多德则认为光是透明介质中的运动和变化，这些都可认为是微粒说和波动说的萌芽。
近代微粒说由笛卡儿首先提出的，他认为光由大量的微小弹性粒子所组成，并用此假说解释了光的反射和折射。
意大利物理学家格里马第（Francesco Maria Grirnaldi，1618～1663）首先从实验上观察到光的衍射现象，这是光的波动学说的佐证。
牛顿的分光实验以及牛顿环的发现使他意识到，光本质上是运动的微粒，他不能正确地解释由他自己做出的伟大发现。
与牛顿同时代的胡克和惠更斯主张光是一种波动，由此展开了近两个世纪的光的本性之争。
1、牛顿倡导的光的微粒说在自然界里，光是人们日常生活中最熟悉的一种现象，光能使世界上一切物体呈现出它们的形状和颜色我们赖以生存的氧气和食物的产生，也是以植物的光合作用为基础的。
总之，人类的生活离不开光。
多少世纪以来，科学家们为探索光的本性作了大量的实验，提出了许多理论，但是至今还没有能得出最终的、根本性的回答。
究竟光是什么？即关于光的本性这个问题的认识，在不同的历史发展阶段，是不断变化着的，甚至在同一历史时期，也存在两种截然相反的观点。
十七世纪，为了解释这些基本规律，形成了两大学派：一派是以牛顿为代表的“微粒说”，另一派是由胡克、惠更斯为代表所倡议的“波动说”。
1664―1668年，牛顿独立地对色和色散进行了实验研究，1669―1671年间，在剑桥大学授课时阐述了他的研究结果：他让太阳光通过一块三角棱镜，经棱镜射出的光束是一条按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫顺序排列的彩色光带。
这种光带就称为“光谱”。
白光就是由这几种光混合而成的。
为了解释这些光学现象，牛顿提出了光的微粒说；他认为：光是由弹性微粒流组成，由光源发出，以高速作直线运动。
牛顿以此为论据，阐明了光沿直线传播的性质及反射定律，也解释了光的折射现象。
光的干涉干涉现象及双缝干涉的研究光的干涉现象及双缝干涉的研究光的干涉是光学中一种重要的现象，它揭示了光的波动性质。
其中，双缝干涉是干涉现象中最经典的实验，通过解释双缝干涉现象，我们可以深入了解光波的性质以及光的传播规律。
在进行双缝干涉实验时，我们需要一束单色光照射到一个具有两个细缝的屏幕上，根据海森伯不确定性原理，我们可以得到具有确定位置的光子处于相干态，以波动的形式传播。
当光波穿过两个细缝后，在屏幕的另一侧会产生干涉现象。
双缝干涉的本质是两个波源发出的光波相互干涉。
在干涉图样中，我们可以观察到一系列明暗相间的干涉条纹。
明纹和暗纹的分布规律可以通过干涉公式解释：明纹出现在两个波源处于同相位的位置，暗纹则出现在两个波源处于反相位的位置。
这种明暗交替的条纹分布形成了干涉图案。
双缝干涉实验引出了许多有趣的现象和应用。
通过增加光源的强度或调节光的波长，我们可以改变干涉图样的条纹间距和亮度。
这一现象使得我们可以通过干涉测量光波的波长和光源的强度，为光学领域的研究提供了有力工具。
双缝干涉还引发了对光的粒子性和波动性的深入讨论。
作为一种波动现象，双缝干涉可以被解释为光波的干涉叠加效应。
但是，当我们使用非常弱的光源时，我们会观察到一个奇特的现象：光子呈现出离散的撞击痕迹。
这种现象实验证明了光的粒子性质，即光同时具备粒子和波动性。
双缝干涉也被广泛应用于科学研究和工程实践中。
在光学仪器中，通过控制光的干涉现象，我们可以实现基于干涉的测量和显示技术，如干涉仪、干涉计等。
这些仪器在光学领域和其他科学领域的研究中发挥着重要作用。
尽管双缝干涉现象已经得到了广泛的研究和应用，但干涉理论的深入研究仍然是一个持续的课题。
例如，当干涉光波在空间中传播时，它们可能会受到其它效应的影响，如衍射、散射等。
这些效应可能会引起干涉图样的变形和扩展，对干涉实验的结果产生影响。
因此，在研究和应用干涉现象时，我们需要考虑这些额外的因素，以获得准确的实验结果。
从光的干涉现象谈光的本性
光的干涉现象是指光线在相遇点处产生干涉现象，光线的波动
性质引起光线的干涉。
这一现象可以用双缝干涉或干涉条纹来解释。
根据光的干涉实验，光的本性可以简单地描述为波动性质。
干
涉是指两个光波相遇并产生交替波峰和波谷的现象。
这种交替的波
峰和波谷产生了光的干涉条纹。
另外，光的波长和频率是物理参数，而光速则是物理定量所不
可避免的衡量对象。
光的波长和频率决定光的颜色，而光速决定光
的速度和传播距离。
因此，光的本性可以分为光电效应和光的波动
性质。
光的波动性质是最初被认可的光的性质，它主要包括光的反射、折射、干涉、衍射等现象。
在这些现象中，光的波动性质可以直接
被观察到和计量。
光的波动性质可以通过干涉实验来证明。
当两束光波相遇时，
光的振幅加起来，交替增强和衰减，形成一系列交替的明暗条纹。
这些条纹可以直接观测到，从而进一步证明光的波动性质。
光的互相作用是能量和动量的传递，可以用于解释光正在和其
它现象的相互作用，例如譬如照相和激光等。
总之，光的干涉现象为光的波动性质提供了明显的证据。
这一
现象为光的本性提供了有力的证据，光是一种具有波动性质的电磁
辐射，它的众多特性可以直接观察和计量。
1。
高中物理选择性必修一第四章光第三节光的干涉课后习题答案1.光的干涉现象对认识光的本性有什么意义？解析：干涉现象是一切波所具有的特性，所以光的干涉现象说明了光是一种波．2.两列光干涉时光屏上的亮条纹和暗条纹到两个光源的距离与波长有什么关系？解析：光屏上的点到两个光源的距离差ΔX=（2n+1）λ2（n=0,1,2,3......）时，出现暗条纹；光屏上的点到两个光源的距离差ΔX=nλ（n=0,1,2,3......）时，出现亮条纹。
3.在杨氏双缝干涉实验中，光屏上某点p到双缝S1和S2 的路程差为7.5×10-7m，如果用频率6.0×1014Hz的黄光照射双缝，试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹。
解析：根据题中的信息可得：λ=vf =3×1086×1014=12×10-6m ，所以ΔX12λ=3，即路程差是半波长的整数倍，所以P点是暗条纹。
4.劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图所示。
将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。
现若在如图所示装置中抽去一张纸片，则当光入射到劈形空气薄膜后，从上往下可以观察到干涉条纹发生了怎样的变化？解析：从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为△x=2d即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差△x=2d=nλ时λ，显然此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差12抽去一张纸片后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大，故干涉条纹变疏。
解析二：由薄膜干涉的原理和特点可知，干涉条纹是由膜的上、下表面反射的光叠加干涉而形成的，某一明条纹或暗条纹的位置就由上、下表面反射光的路程差决定，且相邻明条纹或暗条纹对应的该路程差是恒定的，而该路程差又决定于条纹下对应膜的厚度，即相邻明条纹或暗条纹下面对应的膜的厚度也是恒定的．当抽去一纸片后，劈形空气膜的劈尖角－上、下表面所夹的角变小，相同的厚度差对应的水平间距离变大，所以相邻的明条纹或暗条纹间距变大，即条纹变疏。
人类对光的认识过程光的本性认识历史--摘自《重要物理概念规律的形成与发展》乔际平刘甲珉编著人们对光的本性的认识经历了漫长的岁月，大约在十七世纪形成了两种对立的学说，即光的波动说与微粒说，但在以后很长一段时期内，微粒说占据统治地位，而波动说几乎消声匿迹.历史发展到十九世纪初，由于一连串的发现和众多科学家的努力使光的波动说再次复兴，并压倒了微粒说.二十世纪初，爱因斯坦提出了光的量子说，康普顿证实了光的粒子性，使人们对光的本性又有全新的认识，乃至到今天，人们认识到光具有波粒二象性.人们对光的本性的认识过程可概括为:光的波动说→光的微粒说→光的波动说→光的量子说→光的粒子说→光的波粒二象性.一、光的波动说的形成十七世纪形成了关于光的本性的两种学说，历史上主张光的波动说有笛卡儿、胡克、惠更斯等人.1.笛卡儿借助于以太来说明光的传播过程十七世纪上半叶，法国物理学家笛卡儿(1596-1650)曾用他提出的"以太"假说来说明光的本性.他用以太中的压力来说明光的传播过程.如果一物体被加热并发光，这意味着，物体的粒子处于运动状态并给予这一媒质的粒子以压力.这一媒质被称为以太，它充满了整个空间.压力向四面八方传播，在达到人眼后引起人的感觉，他把人们对物体的视觉比喻为盲人用手杖来感知物体的存在，他把光的颜色设想为起源于以太粒子的不同的转动速度，转得快的引起红色的感觉，转得慢的对应于黄色，最慢的是绿色和蓝色.他的主张是强调媒质的影响，以"作用"的传播为出发点，特别是以接触作用或近距作用为出发点，把光看作压力或者脉动运动的传播，因而笛卡儿被认为是光的波动说的创始人.2.胡克把光波与水波类比指出光的波动性胡克在1665年出版的《显微术》一书，明确提出光是一种振动.他以钻石受到摩擦、打击或加热时在黑暗中发光的现象为例，认为发光体的一部分处在或多或少的运动中，又因金刚石很硬，肯定它是一种很短的振动.在分析光的传播时，胡克提到了光速的大小是有限的，并认为"在一种均匀媒介中，这一运动在各个方向都以相等的速度传播"，因此发光体的每一个振动形成一个球面向四周扩展，犹如石子投入水中所形成的波那样，而射线和波面交成直角.胡克还把波面的思想用于对光的折射现象的研究，提出了薄膜颜色的成因是由于两个界面反射、折射后所形成的强弱不同、超前落后不一致的两束光的叠合.这里已包含着波阵面、干涉等不少波动说的基本概念.3.惠更斯把光波与声波类比提出惠更斯原理，发展了光的波动学说荷兰物理学家惠更斯(1629-1695)在十七世纪七十年代，从事光的波动论的研究，1690年出版了他的著名著作《论光》.惠更斯从光的产生和它所引起的作用两方面来说明光是一种运动.他的研究发现:"光线向各个方面以极高的速度传播，并且光线从不同的地点出发时，光线在传播中相互穿过而互不影响.当我们看到发光的物体时，决不会是由于该物体有任何物质传输到我们这里，好象一粒子弹或一只箭穿过空气那样".从这里可看出，惠更斯从光束在传播中相互交叉时并不彼此妨碍的事实得出上述结论的.他把光的传播方式和声音在空气中的传播作比较，明确地指出了光是一种波动的思想.他又根据光速的有限性论证了光是从媒质的一部分依次向其他部分传播的一种运动，他认为光和声波、水波一样是一种球面波.惠更斯不但从现象上解释各种光的波动现象，而且试图从理论的高度总结出普遍的规律，他提出了著名的惠更斯原理.他叙述说:"关于这些波的形成过程还必须指出，当光在物质中传播时，物质的每一个粒子都应当把它的运动不仅传递给位于它与发光点的连线上近旁的粒子，它也必然把运动传递给所有与它接触并阻碍它运动的其它粒子.因此，在粒子的周围就应当形成波，而该粒子则是波的中心".运用这个次波原理，惠更斯不但成功地解释了反射和折射定律，而且还解释了方解石的双折射现象.惠更斯没有给波动过程以严密的数学描述.没有提到波长的概念，他的次波包络面也没有从一定位相的迭加所造成的强度分布来考虑，只不过是光传播的一种几何的定性说明，故仍旧停留在几何光学的观念范围内.由于他认为光波和声波一样是一种纵波，因此他无法解释光的偏振现象;而且惠更斯所谓的波动实际上只是一种脉冲而不是一个波列，也没有建立起波动过程的周期性概念，因此，用他的理论无法解释颜色的起源，也不能说明干涉、衍射等有关光的本质的现象.总之，十七世纪，由笛卡儿、胡克、惠更斯等人所建立起的光的波动学说还是很不成熟的.二、光的微粒说的形成在光的波动学说形成过程中，关于光的本性另一种对立学说--光的微粒说也逐步建立起来了。
对于光的本性的认识，几个世纪以来始终存在着激烈的争论，光的波粒二象性是两种学说相互妥协的结果。
在解释一些现象如干涉和衍射时，人们就用波动说去解释，而对另一些现象如光电效应就用微粒说去说明。
这种既是微粒又是波的存在在观念上确实叫人们不容易接受，其原因是到现在为止还没有一种理论能很好地把波动和微粒统一在一个模式下。
本文正是从这样一种出发点来探讨光的本性。
假设有一个光源S1，在S1前放置一块屏幕，从S1发出的光（光子）会将整个屏幕均匀的照亮。
我们知道，屏幕的亮度是与落在屏幕上面的光子数的多少有关的。
严格地说，屏幕的亮度是以垂直于屏幕的光线与屏幕的交点为中心向四周逐渐变暗的。
但这种变化决不是几率问题。
证明如下：把S1放在一个半径为R1的球的中心，假设S1在单位时间里发射出N个光子，则单位球面积上所接受的光子数等于光子数N除以球的总面积4πR12，如果把球的半径由R1变为R2（R2＞R1），则在单位球面积上所接受的光子数就变为N除以4πR22，由于R2大于R1，所以半径为R1的球在单位球面积上接受的光子数大于R2球单位面积上的光子数。
这就是为什么屏幕上的亮度是由明到暗逐渐变化的原因。
当屏幕距光源的距离很大且屏幕的面积又很小时，就可以近似的认为屏幕上的光子是均匀分布的。
现在把另一个相干光源S2放在靠近S1的地方，情况有了变化。
在垂直两个光源的平面上出现了明暗相间的圆环，而在平行两个光源的平面上，则出现了明暗相间的条纹见图一，这就是人们所说的光的干涉条纹。
因为干涉现象是波动的最主要特征，所以这也就成了光具有波动性的最有力证据之一。
我们知道机械波是振动在媒质中的传播，当有两列相干波源存在时，媒质中任意一点的振动是两列波各自到达这一点时波的叠加。
当到达这一点的两列波的相位相同时，则在这一点上的振幅最大，如果两列波的相位相差1800时，则振动的振幅相互抵消，这样就形成了有规则的干涉条纹。
经典光学正是套用机械波的方法证明光的干涉条纹的，而传播光的媒质以太已被证明是根本不存在的，这样用机械波的方法证明光的干涉条纹也就显得比较牵强。
量子力学在解释干涉条纹时则采用的是几率波的方法，认为亮的地方是光子出现几率多的地方，暗的地方则是光子出现几率少的地方。
问题是当只有一个光源时，光子是均匀分布在屏幕上的，而当存在另一个相干光源时，按照量子理论光子就会集中出现在一些地方而不去另一些地方，几率的解释是不能使人心悦诚服地接受的。
爱因斯坦曾用上帝不掷骰子来表达他对用几率描述单个粒子行为的厌恶。
这就是目前对于光的干涉现象的两种正统解释方法。
我们对于光本性的认识是否还存在其它我们没有考虑到的因素，是否还存在其它的证明方法来统一光的波粒二象性即用一种理论解释来解释波动性和粒子性呢？
为了找到这种新的理论，在此我们不得不在现有光量子理论基础上进行一些必要的修正即单个光量子的能量是变化的，光子的能量和质量是相互转化的，转化的频率就是光的频率。
频率快光子的能量大质量小，相反，频率慢则光子的能量小质量大，这样光子在空间所走的路程就形成了一条类波的轨迹。
在论证光的干涉现象之前，我们先对光源进行定义。
单频率点光源---频率单一且所有光子在离开光源时的状态（相位）都相同。
单频率点光源具有这样两个特点，其一在
距光源某一点的空间位置上，光子的状态不随时间变化。
其二光子的状态随距点光源的距离作周期变化。
光的波长指的是光子在一个周期的时间内在空间运行的距离。
我们在x轴上设置两个点光源S1和S2，如图一所示。
令P为垂直平面上的一点，从P点到S1和S2的光程差PS1-PS2为波长的某个正数倍ml （m=±1，2，3，…）。
从S1和S2出发的两列光子，将同相地达到P点，状态相同。
再令Q为垂直平面上的另一点，从Q到S1和S2的光程差也为ml。
过P和Q点做一条曲线，使得这曲线上所有过XO的垂直平面内的点的轨迹都具有这样的性质，即这条曲线上任意一点到S1和S2的距离之差为常数，根据解析几何我们知道，这曲线是一条双曲线。
如果我们设想这一双曲线以直线XO为轴旋转，则它将扫出一个曲面，叫做双曲面。
我们看到，在这曲面上的任意一点，来自S1和S2的光子始终都是同相位的（相位差保持不变），光子在曲面上的每一点的状态是一定的，沿曲面上的点的状态是周期变化的。
由于光的波长很短，光子沿曲面的这种周期变化是不容易被观测到。
同理，我们令T为垂直平面上的另一点（图中未画出），从T点到S1和S2的光程差TS1-TS2为波长的l/2×（2m+1）倍（m=±1，2，3，…）。
从S1和S2出发的两列光子，将以1800的相位差达到T点。
再令V为垂直平面上的另一点（图中未画出），从V到S1和S2的光程差也为道长l/2×（2m+1）倍。
过T和V做一条曲线使这曲线上任一点到两定点S1和S2的距离之差为常数，这曲线也是一条双曲线，以XO为轴旋转同样将扫出一双曲面。
所不同的是来自S1和S2的光子到达这曲面上的任意一点的相位差始终为1800，叠加后的最终状态是一个恒定的值。
图一是在S1到S2的距离为3l，P点的光程差为PS1-PS2=2l（m=2）这一简单情况下画出的。
m=1的那条双曲线是垂直平面内光程差为l的那些点的轨迹。
光程差为零（m=0）的各点的轨迹是过S1S2中点的一条直线。
由它绕XO旋转而成的将是一个平面。
图中还画出m= -1和m= -2的双曲线。
在这种情况下，这五条曲线绕XO旋转而产生五个曲面，这五个曲面将S1和S2两光源所形成的能量场分成了6个左右对称的无限延伸的能量空间。
屏幕上亮线将出现在屏幕与诸双曲面相交的那些曲线的任何所在位置上。
如果两点光源间的距离是许多个波长，则将存在许多曲面，在这些曲面上各光子相互加强。
因而在平行于两光源连线的屏幕上，将形成许多明暗相间的双曲线（几乎是直线）干涉条纹。
而在垂直于两光源连线的屏幕上将形成许多明暗相间的圆形干涉条纹。
两条相邻的明条纹之间的关系是光程差相差一个l，暗条纹与相邻明条纹之间相差l/2。
干涉条纹从明到暗再到明之间的相位变化是从同相到相差1800相位再到同相。
为了检验以上的设想是否正确，这里我结合光的干涉实验和光电效应实验设计了一个简单实验。
第一步用光干涉仪产生明暗相间的干涉条纹。
第二步将光电管依次放在从明到暗条纹的不同位置上，当然采用的单色光源频率要在临阈频率之上，观察产生光电子动能的大小。
如果按照现有光量子理论，光电子的动能应该是不变的，原因是光子的能量只与光的频率有关而与光的亮度无关，干涉后光的频率并没有变化，所以在从明到暗的条纹上，测得的光电子的动能应该是不变的。
再从量子理论的观点来分析，明亮的地方光子出现的几率大，暗的地方光子出现的几率小，明暗只是单位面积上光子数不同而已，光子的动能并没有改变，所以
结论也是光电子的动能不变。
而我的结论则是在从明到暗的干涉条纹上光子数是一样的，产生的光电子的动能是从大到小连续变化的。
如果实验的结果与我所做的推论一致，我们不妨把这一结论推广到一切实物粒子，因为实物粒子也具有波粒二象性，即一切实物粒子自身的能量与质量之间始终处在不停地相互变化中，这也正是量子力学波函数所要描述的微观世界粒子的客观实在图像。
