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第二节 光的波粒二象性 学习目标 认识光的波粒二象性。 光的波动性的理论阐述和实验证据。 光的粒子性的实验证据与理论阐述。 光的粒子性与波动性的联系。 重点·难点 光的粒子性。 光的粒子性的理论阐述和三个实验证据。 一、光的波动性 光的波动性. 光的波动性早在十七世纪就被发现.光的电磁理论是光的波动性的理论依据,光是一定频率范围的电磁波,具有电磁波所具有的一切性质，遵守波的迭加规律，属于场物质,当然应该具有波动性.光的波动性的实验证据更是广泛存在,光的干涉,衍射是光的波动性的最直接的实验证据.因为光的干涉和衍射都遵守光的叠加规律.回顾光的双缝衍射实验.如图１（课本第3面）. 图1中A是垂直于纸面的屏，屏上有两条相互平行的很窄的狭缝，两狭缝间距为d。B是和A平行的另一个屏。B与A的距离Dd。同一光源发出的光线穿过双狭缝在屏B上产生衍射图样。设为通过狭缝到达Ｐ点的光波的振动，为通过狭缝到达Ｐ点的光波的振动,则有 上式中位相差是这样得到的： 在P上取Q点,使得PQ=P,则两光线和的光程差为Q.因为θ角很小可以认为Q与P垂直,（是的中点.）∠Q=θ,且认为ΔQ为直角三角形,所以Q.=dsinθ.因为光程差等于波长时位相差正好是2π,因之与的位相差是.在P点的光波的振动是 （利用了和差化积公式 ） 其中振幅为 ，则光在Ｐ点的强度是 其中 是光穿过一个狭缝时达到Ｐ点时光的强度。由（1.2—1）知,Ｐ点光强最大的条件是： 二、光的粒子性 上面讲过光的波动性。光的波动性有大量的实验事实如干涉，衍射和光的电磁理论的支持，但是十九世纪末发现的黑体辐射，光电效应等现象却揭示出把光看作波动的局限性。这就提示我们，光除了波动性的一面外，还应该具有粒子性的一面。人们对光的粒子性是通过对黑体辐射，光电效应等现象的研究逐步地认识和掌握的。 光的粒子性其实验证据有三个：黑体辐射,光电效应,康普顿效应. 1. 黑体辐射 黑体辐射问题研究的是辐谢在与周围物体处于平衡状态时能量按波长（或频率）的分布。我们知道,一切物体都发出热辐射,这种辐射是一定波长范围内的电磁波。一般情况下,物体对外来辐射有反射和吸收两种作用。如果一个物体对投射在它上面的辐射全部吸而无反射,这种物体就称为绝对黑体.简称黑体。可以作为黑体的一个具体客体就是空腔.人们利用空腔耒研究黑体辐射。黑体辐射的实验规律是： 当空腔与内部的辐射达到辐射平衡时,腔壁单位面积所发出的辐射能量和它所吸收的辐射能量相等。实验测得的辐射平衡时辐射能量密度按波长分布的曲线,其形状和位置,只与黑体的绝对温度有关,而与空腔的形状和组成物质无关。黑体辐射的这种实险规律怎样从理论上进行解释,怎样能够推导出与实验结果相符合的能量密度随波长的分布公式,成为当时物理学的热点问题。 经典物理无法解解释黑体辐射的实验规律,而且不能给出与实验结果相符合的黑体辐射公式,（不少人做过此项工作,但都归于失败）。但其中两个人的工作虽然也是归于失败，但是，是有价值的： 维思公式：维恩（Wien）从热力学理论出发,加上一些假设推出一个黑体辐射公式——维恩公式. 其中 表示黑体内频率在ν—ν＋dν范围内的辐射能量密度。 为经验常数。该公式在图2所示的短波部分与实验结果（图中圆圈表示实验值，实线是普朗克线，虚线为维恩线）基本相符,但长波部分与实验结果差距较大。 瑞利—金斯公式：瑞利（Rayleigh）和金斯（Jeans）根据经典电动力学和统计物理学推得一个黑体辐射公式——瑞利－金斯公式 其中C为光速，K为玻耳兹曼常数。该公式在长波部分与实验比较符合,但在短波部分则与实验结果严重不符（图2）。且当频率趋于无限时辐射能量密度趋于无穷大（紫外线的灾难）！！ 维恩公式、锐利—金斯公式都与实验曲线不符。这说明经典物理在解释黑体辐射问题上遇到了困难，暴露了经典物理的局限性。黑体辐射问题是普朗克（Planck）在1900年引进量子概念以后才得到解决的。 普朗克的量子假设：黑体以hν为能量单位不连续地发射和吸收频率为ν的辐射，而不是象经典理论所要求的那样可以连续地发射和吸收辐射能量。能量单位