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「知識點」光的波粒二象性
光學(xué)現(xiàn)象是與人類的生產(chǎn)和日常生活密切相關(guān)的．人類在對光學(xué)現(xiàn)象、規(guī)律的研究的同時，也開始了對光本性的探究．
到了17世紀，人類對光的本性的認識逐漸形成了兩種學(xué)說．
（一）光的微粒說
一般，人們都認為牛頓是微粒說的代表，牛頓于1675年曾提出：“光是一群難以想象的細微而迅速運動的大小不同的粒子”，這些粒子被發(fā)光體“一個接一個地發(fā)射出來”．用這樣的觀點，解釋光的直進性、影的形成等現(xiàn)象是十分方便的．
在解釋光的反射和折射現(xiàn)象時，同樣十分簡便．當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面時，要發(fā)生反射和折射．在解釋反射現(xiàn)象時，只要假設(shè)光的微粒在與介質(zhì)作用時，其相互作用，使微粒的速度的豎直分量方向變化，但大小不變；水平分量的大小和方向均不發(fā)生變化（因為在這一方向上沒有相互作用），就可以準確地得出光在反射時，反射角等于入射角這一與實驗事實吻合的結(jié)論．
說到折射，笛卡兒曾用類似的假設(shè)，成功地得出了入射角正弦與折射角正弦之比為一常數(shù)的結(jié)論．但當(dāng)光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，發(fā)生的是近法線折射，即入射角大，折射角�。@時，必須假設(shè)光在光密介質(zhì)的傳播速度較光在光疏介質(zhì)中的傳播速度大才行．
一束光入射到兩種介質(zhì)界面時，既有反射，又有折射．何種情況發(fā)生反射，何種情況下又發(fā)生折射呢？微粒說在解釋這一點時遇到了很大的困難．為此，牛頓提出了著名的“猝發(fā)理論”．他提出：“每一條光線在通過任何折射面時，便處于某種為時短暫的過渡性結(jié)構(gòu)和狀態(tài)之中．在光線的前進過程中，這種狀態(tài)每隔相等的間隔（等時或等距）內(nèi)就復(fù)發(fā)一次，并使光線在它每一次復(fù)發(fā)時，容易透過下一個折射面，而在它（相繼）兩次復(fù)發(fā)之間容易被這個面所反射”，“我將把任何一條光線返回到傾向于反射（的狀態(tài)）稱它為‘容易反射的猝發(fā)’，而把它返回到傾向于透射（的狀態(tài)）稱它為‘容易透射的猝發(fā)’，并且把每一次返回和下一次返回之間所經(jīng)過的距離稱它為‘猝發(fā)的間隔’”．如果說“猝發(fā)理論”還能解釋反射和折射的話，那么，以微粒說解釋兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見的現(xiàn)象，微粒說則完全無能為力了．
（二）光的波動說
關(guān)于光的本性，當(dāng)時還存在另一種觀點，即光的波動說．認為光是某種振動，以波的形式向四周圍傳播．其代表人物是荷蘭物理學(xué)家惠更斯．他認為，光是由發(fā)光體的微小粒子的振動在彌漫于一切地方的“以太”介質(zhì)中傳播過程，而不是像微粒說所設(shè)想的像子彈和箭那樣的運動．他指出：“假如注意到光線向各個方向以極高的速度傳播，以及光線從不同的地點甚至是完全相反的地方發(fā)出時，光射線在傳播中一條光線穿過另一條光線而相互毫不影響，就能完全明白這一點：當(dāng)我們看到發(fā)光的物體時，決不可能是由于從它所發(fā)生的物質(zhì)，像穿過空氣的子彈和箭一樣，通過物質(zhì)遷移所引起的”．他把光比作在水面上投入石塊時產(chǎn)生的同心圓狀波紋．發(fā)光體中的每一個微粒把振動，通過“以太”這種介質(zhì)向周圍傳播，發(fā)出一組組同心的球面波．波面上的每一點，又可以此點為中心，再向外傳播子波．當(dāng)然，這樣的觀點解釋同時發(fā)生反射和折射，比微粒說的“猝發(fā)理論”方便得多，以水波為例，水波在傳播時，反射與折射可以同時發(fā)生．一列水波在與另一列水波相遇時，可以毫無影響的相互通過．
惠更斯用波動說還解釋了光的反射和折射．但他在解釋光自光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)的近法線折射時，需假設(shè)光在光密介質(zhì)中的傳播速度較�。F(xiàn)代光速的測定表明，波動說在解釋折射時依據(jù)的假設(shè)是正確的：光在光密介質(zhì)中傳播時光速較�。�17世紀時，光速的測量尚在起步階段，誰是誰非，沒有定論．
當(dāng)然，光的波動說在解釋光的直進性和何以能在傳播時，會在不透明物體后留下清晰的影子等問題也遇到困難．
可見，光的微粒說和波動說在解釋光學(xué)現(xiàn)象時，都各有成功的一面，但都不能完滿地解釋當(dāng)時所了解的各種光學(xué)現(xiàn)象．
在其后的100多年中，主要由于牛頓的崇高地位及聲望，因而微粒說一直占主導(dǎo)地位，波動說發(fā)展很緩慢．人類對光本性的認識，還期待新的現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)．直到19世紀初，人們發(fā)現(xiàn)了光的干涉現(xiàn)象，進一步研究了光的衍射現(xiàn)象．干涉和衍射是波動的重要特征，從而光的波動說得到迅速發(fā)展．人類對光的本性的認識達到一個新的階段．
（三）牛頓理論中的波動性思想
作為一代物理學(xué)大師的牛頓，是提倡了微粒說，但他卻并不排斥波動說．他根據(jù)他所做過的大量實驗和縝密的思考，提出了不少卓越的、富有啟發(fā)性的思想．在關(guān)于顏色的見解上，他提出“不同種類的光線，是否引起不同大小的振動，并按其大小而激起不同的顏色感覺，正像空氣的振動按其大小而激起不同的聲音感覺一樣？而且是否特別是那些最易折射的光線激起最短的振動以造成深紫色的感覺，最不易折射的光線激起最長的振動，以造成深紅色的感覺，而介于兩者之間的各種光線激起各種中間大小的振動而造成中間顏色的感覺？”
他同時還提出：“扔一塊石頭到平靜的水面中，由此激起的水波將在石頭落水的地方持續(xù)一段時間，并從這里以同心圓的形式在水面上向遠處傳播．空氣用力撞擊所激起的振動和顫動也將持續(xù)少許時間，并從撞擊處以同心球的形式傳播到遠方，與此相似，當(dāng)光線射到任何透明體的表面并在那里折射或反射時，是不是因此就要在反射或折射介質(zhì)中入射點的地方，激起振動和顫動的波，而且這種振動總能在那里發(fā)生并從那里傳播出去．”
在解釋光現(xiàn)象中，牛頓還多次提出了周期性的概念．而具有周期性，也是波動的一個重要特征．提出波動說的惠更斯卻否認振動或波動的周期性．因此，對牛頓來說，在他的微粒說理論中包含有波動說的合理因素．究竟誰是誰非，牛頓認為“我只是對尚待發(fā)現(xiàn)的光和它對自然結(jié)構(gòu)的那些效果開始作了一些分析，對它作了幾點提示，而把這些提示留待那些好奇的人們進一步去用實驗和觀察來加以證明和改進．”牛頓的嚴謹，兼收并蓄的科學(xué)態(tài)度是值得我們學(xué)習(xí)的，恐怕這也是他成為物理學(xué)大師的原因之一．
（四）理解光的波粒二象性
1、動畫（參考媒體資料中的動畫“光的波粒二象性”）：當(dāng)我們用很弱的光做雙縫干涉實驗時，將感光膠片放在屏的位置上，會看到什么樣的照片呢？為什么會有這種現(xiàn)象？
分析圖片：
結(jié)論：
1、上面圖片清晰的顯示了光的粒子性．
2、光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性較大（對于波的干涉即為干涉加強區(qū)），說明光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小【知識點】光的波粒二象性可以用波動規(guī)律進行解釋．
得出：光波是一種概率波，概率表征某一事物出現(xiàn)的可能性．
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