「知識(shí)點(diǎn)」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(duì)光學(xué)現(xiàn)象、規(guī)律的研究的同時(shí)，也開始了對(duì)光本性的探究．
到了17世紀(jì)，人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)逐漸形成了兩種學(xué)說．
（一）光的微粒說
一般，人們都認(rèn)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(xì)微而迅速運(yùn)動(dòng)的大小不同的粒子”，這些粒子被發(fā)光體“一個(gè)接一個(gè)地發(fā)射出來”．用這樣的觀點(diǎn)，解釋光的直進(jìn)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(shí)，同樣十分簡便．當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面時(shí)，要發(fā)生反射和折射．在解釋反射現(xiàn)象時(shí)，只要假設(shè)光的微粒在與介質(zhì)作用時(shí)，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?yàn)樵谶@一方向上沒有相互作用），就可以準(zhǔn)確地得出光在反射時(shí)，反射角等于入射角這一與實(shí)驗(yàn)事實(shí)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(shí)，發(fā)生的是近法線折射，即入射角大，折射角小．這時(shí)，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(shí)，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(diǎn)時(shí)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(shí)，便處于某種為時(shí)短暫的過渡性結(jié)構(gòu)和狀態(tài)之中．在光線的前進(jìn)過程中，這種狀態(tài)每隔相等的間隔（等時(shí)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(shí)，容易透過下一個(gè)折射面，而在它（相繼）兩次復(fù)發(fā)之間容易被這個(gè)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(dòng)說
關(guān)于光的本性，當(dāng)時(shí)還存在另一種觀點(diǎn)，即光的波動(dòng)說．認(rèn)為光是某種振動(dòng)，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(rèn)為，光是由發(fā)光體的微小粒子的振動(dòng)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(yùn)動(dòng)．他指出：“假如注意到光線向各個(gè)方向以極高的速度傳播，以及光線從不同的地點(diǎn)甚至是完全相反的地方發(fā)出時(shí)，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(diǎn)：當(dāng)我們看到發(fā)光的物體時(shí)，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(shí)產(chǎn)生的同心圓狀波紋．發(fā)光體中的每一個(gè)微粒把振動(dòng)，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(diǎn)，又可以此點(diǎn)為中心，再向外傳播子波．當(dāng)然，這樣的觀點(diǎn)解釋同時(shí)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(shí)，反射與折射可以同時(shí)發(fā)生．一列水波在與另一列水波相遇時(shí)，可以毫無影響的相互通過．
惠更斯用波動(dòng)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(shí)，需假設(shè)光在光密介質(zhì)中的傳播速度較小．現(xiàn)代光速的測定表明，波動(dòng)說在解釋折射時(shí)依據(jù)的假設(shè)是正確的：光在光密介質(zhì)中傳播時(shí)光速較�。�17世紀(jì)時(shí)，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(dòng)說在解釋光的直進(jìn)性和何以能在傳播時(shí)，會(huì)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(dòng)說在解釋光學(xué)現(xiàn)象時(shí)，都各有成功的一面，但都不能完滿地解釋當(dāng)時(shí)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(dòng)說發(fā)展很緩慢．人類對(duì)光本性的認(rèn)識(shí)，還期待新的現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)．直到19世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)了光的干涉現(xiàn)象，進(jìn)一步研究了光的衍射現(xiàn)象．干涉和衍射是波動(dòng)的重要特征，從而光的波動(dòng)說得到迅速發(fā)展．人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)達(dá)到一個(gè)新的階段．
（三）牛頓理論中的波動(dòng)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(dòng)說．他根據(jù)他所做過的大量實(shí)驗(yàn)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(dòng)，并按其大小而激起不同的顏色感覺，正像空氣的振動(dòng)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(dòng)以造成深紫色的感覺，最不易折射的光線激起最長的振動(dòng)，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(dòng)而造成中間顏色的感覺？”
他同時(shí)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(shí)間，并從這里以同心圓的形式在水面上向遠(yuǎn)處傳播．空氣用力撞擊所激起的振動(dòng)和顫動(dòng)也將持續(xù)少許時(shí)間，并從撞擊處以同心球的形式傳播到遠(yuǎn)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(shí)，是不是因此就要在反射或折射介質(zhì)中入射點(diǎn)的地方，激起振動(dòng)和顫動(dòng)的波，而且這種振動(dòng)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(dòng)的一個(gè)重要特征．提出波動(dòng)說的惠更斯卻否認(rèn)振動(dòng)或波動(dòng)的周期性．因此，對(duì)牛頓來說，在他的微粒說理論中包含有波動(dòng)說的合理因素．究竟誰是誰非，牛頓認(rèn)為“我只是對(duì)尚待發(fā)現(xiàn)的光和它對(duì)自然結(jié)構(gòu)的那些效果開始作了一些分析，對(duì)它作了幾點(diǎn)提示，而把這些提示留待那些好奇的人們進(jìn)一步去用實(shí)驗(yàn)和觀察來加以證明和改進(jìn)．”牛頓的嚴(yán)謹(jǐn)，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(dòng)畫（參考媒體資料中的動(dòng)畫“光的波粒二象性”）：當(dāng)我們用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，將感光膠片放在屏的位置上，會(huì)看到什么樣的照片呢？為什么會(huì)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(duì)于波的干涉即為干涉加強(qiáng)區(qū)），說明光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小【知識(shí)點(diǎn)】光的波粒二象性可以用波動(dòng)規(guī)律進(jìn)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．
高考物理
賬號(hào)ID：gkwl100
高中物理知識(shí)點(diǎn)匯總與答題技巧寶典，還有題型精練、答題模版，只要你需要的這里都有！
【「知識(shí)點(diǎn)」光的波粒二象性】相關(guān)文章：
光的波粒二象性01-21
如何理解波粒二象性07-27
物粒子的波粒二象性物理教案08-31
《物粒子的波粒二象性》高三物理教案08-27
知識(shí)點(diǎn)五：光的折射 光的色散08-09
聲、光、熱現(xiàn)象知識(shí)點(diǎn)07-31