《文科物理》电子教案第二章5.ppt

o λ(μm) 普朗克量子假设 维恩公式 瑞利--金斯公式 紫 外 灾 难 辐射能量 三、光的波粒二重性 理论计算结果与实验相矛盾 普朗克假定： 物体在向外辐射能量（即电磁波）时，不能连续地辐射，只能以分立的形式一份份进行 三、光的波粒二重性 1900年12月14日 极目晴空，开尔文慧眼识乌云 几经徘徊，普朗克无意得量子 能量的最小单元E0决定于光波的频率 一份份交换的电磁辐射能量E就是 普朗克（M. Planck, 1858-1947） o λ(μm) 辐射能量 三、光的波粒二重性 普朗克理论结果 这是物理学上最伟大的公式之一 h = 6.62?10－34焦耳秒 这是物理学上最重要的常数之一 量子的能量“付帐”方式 ——分立的形式一份份进行 三、光的波粒二重性 经典的能量“付帐”方式 ——连续地付出 * 文化物理 南京航空航天大学理学院 施大宁 shi@ /phyandart/ 光的微粒说 波动光学 光的波粒二重性 §2.3 光 的 意 义 一、光的微粒说 光的科学认识史： 几何光学 波动光学 量子光学 （粒子说） （波动说） （量子说） 折射，反射 干涉，衍射 光电效应 上帝说：“要有光”  ——《圣经》 光的认识……. 《墨经》（400 B.C.）：光的直线传播原理 《反射光学》（欧几里得，300 B.C.）：光的反射 伊本·海赛木（11世纪）：发明透镜 笛卡儿（17世纪中）：折射与反射定律 牛顿（17世纪末）：光谱学 一、光的微粒说 光的反射 反射定律： 微粒说解释：光微粒射到镜面，会像弹性小球一样被弹回 一、光的微粒说 光的折射 折射定律： 微粒说解释：水媒质对光微粒的拉力增加，从而使其运动方向发生改变，这对应于光的折射现象 一、光的微粒说 光的本性: 波 还是粒子? 惠更斯 1629-1695 牛顿 1642-1727 n1 n2 一、光的微粒说 Paesaggio con pescatore Giovanni Francesco Grimaldi1606-1688 1660年，一位艺术家葛里马尔迪就猜想光具有波动特征。 在一个由小光源照明的小棍的阴影中观察到光带，有点类似于水面波能绕过障碍物而继续传播的衍射现象，现在称之光的衍射现象。葛里马尔迪以流体（水面波）为类比，指出光不是一束粒子流，而是a fluid-like substance that flows around objects. 一、光的微粒说 粒子与波？ 实验是最高的裁判 二、波动光学 波 速 用两个手电筒照射一个电影屏幕，自己试试看就知道，没有干涉现象。或许光真的是一股粒子流而不是波。 二、波动光学 两束光的简单叠加 干涉效应 —— 波的特殊的叠加现象 相干条件：振动方向相同，频率相同，位相差恒定（步调一致） （粗略地说，波形相同） 二、波动光学 干涉相长 干涉相消 简单叠加 两个小球的振动频率不同，则整个水面波澜起伏，没有那一点始终处于风头浪尖，也没有那一点始终风平浪静——没有稳定的图案，亦即没有水面波的干涉现象 两个小球固定在一起，以相同的频率敲打水面明显的干涉图样——有些地方振动始终加强；有些地方振动始终减弱。而且这个一个不随时间改变的图案。 同步波源 二、波动光学 以水面波为例： 两个同步光源，不是一件容易的事情 托马斯?杨（T. Young,1773-1829） 杨是一个著名的医生兼物理学家，也是一个神童，4岁时就读完《圣经》两次；14岁时通晓8种语言，后来还成为辨认埃及象形文字的专家。 二、波动光学 二、波动光学 杨氏双缝实验的创新点——分光 十大实验中占了二位 二、波动光学 自然界的分光实验 薄膜干涉 迈克尔逊干涉仪 二、波动光学 迈克尔逊（A.A. Michelson,1852-1931） “美国梦”之典型——1907年成为第一个获诺贝尔物理奖的美国人 格兰特（Grant，1822－1885）总统 二、波动光学