光的微粒说与波动说

光的波动性和微粒性1、光本性学说的发展简史（1）牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流.它能解释光的直进现象，光的反射现象.（2）惠更斯的波动说:认为光是某种振动，以波的形式向周围传播.它能解释光的干涉和衍射现象.2、光的干涉光的干涉的条件：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。

（相干波源的频率必须相同）。

形成相干波源的方法有两种：（1） 用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。

（2）设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。

下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。

3、干涉区域内产生的亮、暗纹亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= n λ（n=0，1，2，……）暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ=)12(2-n λ（n=0，1，2，……）相邻亮纹（暗纹）间的距离：λλ∝=∆dl x （此公式可以测定单色光的波长）。

用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。

4、衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗。

（1）各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。

（2）发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。

（当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm 时，有明显衍射现象。

）（3）在发生明显衍射的条件下当窄缝变窄时亮斑的范围变大条纹间距离变大，而亮度变暗。

5、光的偏振现象：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。

光的偏振说明光是横波。

6、光的电磁说（1）光是电磁波（麦克斯韦预言、赫兹用实验证明了正确性。

）（2）电磁波谱。

波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线。

各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。

一、光的微粒说与波动说光的本性是什么？三百多年来，它一直是令人困扰，久盛不衰的课题，它牵动着那么多物理学家的神经，使他们忘寝废餐、苦苦求索。

一代又一代才华横溢、学识渊博的学者、泰斗被卷入争论的旋涡，一座又一座“迷宫”出现在他们面前。

这场争论极大地影响和推动了近代科学发展的进程，直接导致了《相对论》的诞生。

追寻往事，令人感叹，发人深省。

1．根深蒂固的微粒说远在古希腊时代，亚里士多德等先哲即对光的本性深感兴趣。

他们认为光是从物体发出、射入眼睛引起视觉的客观现象，并总结出光的基本性质是：1、光在均匀媒质中直线传播；2、光线相互交汇时互不扰乱对方。

十七世纪文艺复兴时期逐渐形成了光本性的两种学说－－微粒说与波动说。

17世纪的科学巨匠牛顿，也是光学大师。

关于光的本性，牛顿是这样认为的：光是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子流，发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流，一旦这些光粒子进入人的眼睛，冲击视网膜，就引起了视觉，这就是光的微粒说．牛顿用微粒说轻而易举地解释了光的直进、反射和折射现象。

由于微粒说通俗易懂，又能解释常见的一些光学现象，所以很快获得了人们的承认和支持。

但是，微粒说并不是“万能”的，比如，它无法解释为什么几束在空间交叉的光线能彼此互不干扰地独立前时，为什么光线并不是永远走直线，而是可以绕过障碍物的边缘拐弯传播等现象。

为了解释这些现象，和牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯，提出了与微粒说相对立的波动说。

惠更斯认为光是一种机械波，由发光物体振动引起，依靠一种特殊的叫做“以太”的弹性媒质来传播的现象。

波动说不但解释了几束光线在空间相遇不发生干扰而独立传播，而且解释了光的反射和折射现象，不过在解释折射现象时，惠更斯假设光在水中的速度小于在空气中的速度，这与牛顿的解释正好相反。

谁是谁非，拉开了近代科学史上关于光究竟是粒子还是波动的激烈论争的序幕。

尽管波动说可以解释不少光学现象，但由于它很不完善，解释不了人们最熟悉的光的直进和颜色的起源等问题，所以没有得到广泛的支持。

光知识结构：人们对光的本性的认识史：微粒说———波动说———电磁说———光子说———波粒二象性（牛顿）（惠更斯）（麦克斯韦）（爱因斯坦）（公认）一、光的微粒说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”。

牛顿是微粒说能成功解释光的直进性、影的形成、光的反射、光的折射等现象。

微粒说无法解释两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象。

（即无法解释光的干涉和衍射现象）在解释一束光射到两种介质界面处会同时发生反射与折射现象时，也发生了很大的困难。

二、光的波动说：光的波动说．认为光是某种振动，以波的形式向四周围传播．其代表人物是荷兰物理学家惠更斯．惠更斯的波动说能成功解释两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象。

（成功解释光个干涉和衍射）波动说无法解释光的直进性和何以能在传播时，会在不透明物体后留下清晰的影子等问题。

三、麦克斯韦的电磁说：把光波看作是一种电磁波。

依据：①光波传播不需要介质；②电磁波的速度和光速相等。

赫兹又从实验证实了光的行为与电磁波的行为一致，从而在理论和实验上证明了光确实是一种电磁波。

它揭露了光现象的电磁本质，把光、电、磁统一起来，加深了我们对物质世界的联系和认识。

光的电磁说是对光的波动说的扬弃，保留了波的特质，抛弃了它机械振动的成份。

光电效应现象对光的电磁说提出了严重的挑战。

使我们不得不再回到微粒说方面来。

四、爱恩斯坦的光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份份的，每一份叫做光量子，简称光子光子的能量跟频率有关，其大小为E=hν。

h：普郎克恒量，h=6.63×10－34J·s。

ν：光的频率。

利用光子说可以很好的光电效应五、光的本性——波粒二象性光的干涉，衍射等现象充分表明光是波，而光电效应现象又表明光是粒子。

事实上，光具有波动和粒子二重特性。

俗称光的波粒二象性。

光的微粒说和波动说一、教学目标1．物理知识方面．(1)了解微粒说的根本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．(2)了解波动说的根本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．2．物理思想方面．人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证开展的过程．根据事实建立学说，开展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的．二、重点、难点分析这一章的内容，贯穿一条主线——人类对光的本性的认识的开展过程．结合各节内容，适当穿插物理学史材料是必要的．这种做法不但可使课堂教学主动活泼，内容丰富，还可以对学生进行唯物辩证思想教育．本节就课本内容，十分简单，学生学起来十分枯燥．课本所提到的内容，都是结论性的，参加一些史料不仅可能而且必要．三、主要教学过程光学现象是与人类的生产和日常生活密切相关的．人类在对光学现象、规律的研究的同时，也开始了对光本性的探究．到了17世纪，人类对光的本性的认识逐渐形成了两种学说．(一)光的微粒说一般，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〞．用这样的观点，解释光的直进性、影的形成等现象是十分方便的．在解释光的反射和折射现象时，同样十分简便．当光射到两种介质的界面时，要发生反射和折射．在解释反射现象时，只要假设光的微粒在与介质作用时，其相互作用，使微粒的速度的竖直分量方向变化，但大小不变；水平分量的大小和方向均不发生变化(因为在这一方向上没有相互作用)，就可以准确地得出光在反射时，反射角等于入射角这一与实验事实吻合的结论．说到折射，笛卡儿曾用类似的假设，成功地得出了入射角正弦与折射角正弦之比为一常数的结论．但当光从光疏介质射向光密介质时，发生的是近法线折射，即入射角大，折射角小．这时，必须假设光在光密介质的传播速度较光在光疏介质中的传播速度大才行．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．为此，牛顿提出了著名的“猝发理论〞．他提出：“每一条光线在通过任何折射面时，便处于某种为时短暂的过渡性结构和状态之中．在光线的前进过程中，这种状态每隔相等的间隔(等时或等距)内就复发一次，并使光线在它每一次复发时，容易透过下一个折射面，而在它(相继)两次复发之间容易被这个面所反射〞，“我将把任何一条光线返回到倾向于反射(的状态)称它为‘容易反射的猝发’，而把它返回到倾向于透射(的状态)称它为‘容易透射的猝发’，并且把每一次返回和下一次返回之间所经过的距离称它为‘猝发的间隔’〞．如果说“猝发理论〞还能解释反射和折射的话，那么，以微粒说解释两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象，微粒说那么完全无能为力了．(二)光的波动说关于光的本性，当时还存在另一种观点，即光的波动说．认为光是某种振动，以波的形式向四周围传播．其代表人物是荷兰物理学家惠更斯．他认为，光是由发光体的微小粒子的振动在弥漫于一切地方的“以太〞介质中传播过程，而不是像微粒说所设想的像子弹和箭那样的运动．他指出：“假设注意到光线向各个方向以极高的速度传播，以及光线从不同的地点甚至是完全相反的地方发出时，光射线在传播中一条光线穿过另一条光线而相互毫不影响，就能完全明白这一点：当我们看到发光的物体时，决不可能是由于从它所发生的物质，像穿过空气的子弹和箭一样，通过物质迁移所引起的〞．他把光比作在水面上投入石块时产生的同心圆状波纹．发光体中的每一个微粒把振动，通过“以太〞这种介质向周围传播，发出一组组同心的球面波．波面上的每一点，又可以此点为中心，再向外传播子波．当然，这样的观点解释同时发生反射和折射，比微粒说的“猝发理论〞方便得多，以水波为例，水波在传播时，反射与折射可以同时发生．一列水波在与另一列水波相遇时，可以毫无影响的相互通过．惠更斯用波动说还解释了光的反射和折射．但他在解释光自光疏介质射向光密介质的近法线折射时，需假设光在光密介质中的传播速度较小．现代光速的测定说明，波动说在解释折射时依据的假设是正确的：光在光密介质中传播时光速较小．但在17世纪时，光速的测量尚在起步阶段，谁是谁非，没有定论．当然，光的波动说在解释光的直进性和何以能在传播时，会在不透明物体后留下清晰的影子等问题也遇到困难．可见，光的微粒说和波动说在解释光学现象时，都各有成功的一面，但都不能完满地解释当时所了解的各种光学现象．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，波动说开展很缓慢．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，人们发现了光的干预现象，进一步研究了光的衍射现象．干预和衍射是波动的重要特征，从而光的波动说得到迅速开展．人类对光的本性的认识到达一个新的阶段．(三)牛顿理论中的波动性思想作为一代物理学大师的牛顿，是提倡了微粒说，但他却并不排斥波动说．他根据他所做过的大量实验和缜密的思考，提出了不少卓越的、富有启发性的思想．在关于颜色的见解上，他提出“不同种类的光线，是否引起不同大小的振动，并按其大小而激起不同的颜色感觉，正像空气的振动按其大小而激起不同的声音感觉一样？而且是否特别是那些最易折射的光线激起最短的振动以造成深紫色的感觉，最不易折射的光线激起最长的振动，以造成深红色的感觉，而介于两者之间的各种光线激起各种中间大小的振动而造成中间颜色的感觉？〞他同时还提出：“扔一块石头到平静的水面中，由此激起的水波将在石头落水的地方持续一段时间，并从这里以同心圆的形式在水面上向远处传播．空气用力撞击所激起的振动和颤抖也将持续少许时间，并从撞击处以同心球的形式传播到远方，与此相似，当光线射到任何透明体的外表并在那里折射或反射时，是不是因此就要在反射或折射介质中入射点的地方，激起振动和颤抖的波，而且这种振动总能在那里发生并从那里传播出去．〞在解释光现象中，牛顿还屡次提出了周期性的概念．而具有周期性，也是波动的一个重要特征．提出波动说的惠更斯却否认振动或波动的周期性．因此，对牛顿来说，在他的微粒说理论中包含有波动说的合理因素．究竟谁是谁非，牛顿认为“我只是对尚待发现的光和它对自然结构的那些效果开始作了一些分析，对它作了几点提示，而把这些提示留待那些好奇的人们进一步去用实验和观察来加以证明和改良．〞牛顿的严谨，兼收并蓄的科学态度是值得我们学习的，恐怕这也是他成为物理学大师的原因之一．四、教学说明人类对自然的探索精神，是鼓励学生学习的动力．自本节起，其后的物理各章节中，包含了大量的物理学史内容．充分利用这些珍贵资料，恰当结合教材内容，既能充分激发学生学习兴趣，又可以自然地对学生进行辩证唯物主义思想教育，以利于对学生的科学素质和创造性精神的培养。

光的微粒说和波动说光既是一种波动现象，又是由微粒组成的，这是一个长期以来受到科学界争论的话题。

本文将对光的微粒说和波动说进行探讨，以期深入理解光的本质。

首先，我们要了解光的微粒说。

光的微粒说是由爱因斯坦提出的，他认为光是由具有能量和动量的微观粒子组成的。

根据这一观点，光的传播可以看作是微粒在空间中传播的过程。

光的微粒说可以解释光的很多现象，如光的直线传播和反射等。

微粒说揭示了光的粒子性质，使人们对光的本质有了更深入的认识。

其次，我们来了解光的波动说。

光的波动说是由赫兹和麦克斯韦等科学家提出的，他们认为光是一种电磁波的传播。

根据波动说，光的传播是通过电磁场相互作用而产生的波动现象。

波动说可以解释光的干涉、衍射等现象，揭示了光的波动性质。

光的波动说为我们理解光的传播和相互作用提供了重要的理论依据。

光的微粒说和波动说虽然在一定程度上相互矛盾，但事实上它们是可以统一起来的。

根据量子力学的理论，光既可以看作是微观粒子的集合，也可以看作是电磁波的传播。

这一观点被称为光的波粒二象性。

根据波粒二象性，光既表现出粒子性质，也表现出波动性质。

这一理论的提出揭示了光的本质的复杂性和丰富性，为我们对光的认识提供了更深入的视角。

总结起来，光的微粒说和波动说分别强调了光的微粒性质和波动性质。

虽然在一定程度上有相互矛盾之处，但通过波粒二象性的统一理论，我们可以更全面地认识光的本质。

了解光的微粒说和波动说对于深入理解光的特性和应用具有重要意义。

总的来说，光的微粒说和波动说为我们揭示了光的本质和特性。

通过对这两种理论的研究，我们可以更加全面地认识和理解光的行为。

在实际应用中，我们可以根据光的微粒性质和波动性质选择不同的方法和理论来解释和描述光的现象。

对于光学领域的研究和应用，光的微粒说和波动说的综合理论将起到重要的指导作用。

综上所述，光的微粒说和波动说是对光本质的两种不同解释。

通过对光的微粒说和波动说的探讨，我们可以更好地理解光的行为和特性。

光的波动说与微粒说之争及其启示“光的波动说与微粒说之争”是新物理学史上的一堂精彩的讨论课。

它产生于现代物理学领域，在测量实验、计算研究、数学推理、天体观测等诸多领域的发展中，物理学家们一再探索光的特性。

关于光的属性，波动说和微粒说争议不断。

起初，几位著名物理学家，包括斯蒂格利茨、阿基米德和伽利略等，认为光具有传播物质特征，它不仅可以被反射、折射等，而且本质上也具有有机物质的特征，被认为光是由“微粒”或小的实体，通过介质传播，就是今天所谓的“微粒说”。

尽管“微粒说”在物理学领域中被广泛讨论，但后来几位物理学家，包括牛顿、爱因斯坦和弗里德曼等，提出了基于“波动说”的观点。

他们认为，光本质上是一种由电磁场运动所形成的波，不像微粒说那样具有有机物质的性质，而是一种没有物质特性的传播方式，亦即今天所谓的“波动说”。

经过几个世纪的发展，关于光的属性，波动说和微粒说均受到现代物理学家的广泛认可，而“微粒说”更加胜出，它已经成为物理学家认识光的主流理论，而“波动说”成为它的补充，这就是“光的波动说与微粒说之争”。

经过这些讨论，人们开始认识到光具有多种形式，不仅具有波动的特征，还具有粒子的性质。

的确，它的实质是一种不可分割的“光子”，它既有微粒的特性，也有波动的特性，具有非常独特的特征���因此现代物理学中流行量子力学理论。

它将光构想成了一种独特的集子-波和电磁场相互作用的形式，这是爱因斯坦博士微粒说与波动说之争的启示之一。

综上所述，“光的波动说与微粒说之争”是一次精彩的研究和讨论，他们对光具有的属性、发展过程及其特征进行了讨论，最终建立了认识光的新理论。

因此，现代物理学家致力于研究两种理论，以进一步认识光，促进它在科学、工业及非常见领域的应。

在1704年出版的《光学》一书中，牛顿认为光是从发光体发出的而且以一定速度向空间直线传播的微粒。

这种看法被称为微粒说。

牛顿用弹性小球撞击平面时发生反弹现象的类比，来解释光的反射现象，当光从空气进入透明介质时，由于介质对光微粒的吸引，使它们的速度发生变化，即造成光的折射。

按这种解释，应该假设介质中的光速大于真空中的光速。

当时，人们不能用实验方法测出光速，又因牛顿的威望，这种学说在18世纪取得了统治地位;荷兰物理学家惠更斯在1678年写成的《光论》一书中，从光与声的某些相似性出发，认为光是在"以太"介质中传播的球面纵波。

"以太"是一种假想的弹性介质，充满整个宇宙空间，这就是惠更斯的波动说。

这种学说认为光是某种振动，以波的形式在"以太"介质中的传播。

按此学说解释光的折射时要假设介质中的光速小于真空中的光速。

惠更斯成功地推导出了光的反射和折射定律。

但是，"以太"这种连续弹性介质，难以想象，给波动说本身造成了不可克服的困难。

直到19世纪初，人们发现了光的干涉、衍射，从而波动说得到很大发展。

19世纪未，又发现了波动说不能解释的新现象--光电效应，证实了光的确又具有粒子性。

人们终于认识到了光的本性--光具有波粒二象性。

第八章光的本性
第八章光的本性
第一节光的微粒说和波动说
知识要点：
1、微粒说：认为光是从光源发出和一种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播。

2、波动说：认为光是某种振动，以波的形式从光源向周围传播。

3、光是什么？人类以微粒说、波动说、电磁说、光子说等，到光的波粒二象性的提出，经历了漫长而曲折的过程。

其中光的波动说发展很慢，直到19世纪初，人们成功地在实验
练习题：
1、对光的本性的认识，17世纪才明确地形成了两种学说，一种是_________主张的微粒说，另一种是_________提出的波动说，19世纪60年代___________提出了光的电磁说，20世纪初___________又提出了光子说，现在人们认识到光既具有波动性，又具有粒子性。

2、下列光的现象中，能用微粒说解释的有_________，能通知波动说解释的有_________。

A 光的反射；
B 光的折射；
C 光的直线传播；
D n束光交叉相遇后，会彼此毫无妨碍地继续向前传播。

3、以下说法正确的是（）
A 牛顿用微粒说成功地解释了光的直线传播和反射；
B 微粒说在解释光的叠加，干涉现象时遇到了困难；
C 惠更斯的波动说成功地解释了反射、折射等现象；
D 波动说在解释光的直线传播产生影的现象时遇到了困难。

参考答案：1、牛顿，惠更斯，麦克斯韦，爱因斯坦；2 AC，ABD；3 ABCD。

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