第十三章光的二象性.docx

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第十三章光的波粒二象性

本章学习提要

1．理解光的干涉、光的衍射。

2．知道光的电磁说，*光的偏振。

3．知道光电效应、光子说。

4．知道光的波粒二象性，知道人们对光的认识历程。

*5．知道物质波。

本章的重点内容是认识光的波粒二象性，对光的本性的学习，基于对机械波的学习，又比机械波更抽象更深入。通过对光的干涉、衍射、光的偏振等波所特有的现象的学习，认识光具有通过对光电效应、用光子模型解释光电效应现象等的学习，认识光具有粒子性。本章关于光的本性的学习，是学习近代物理的切入点，对今后进一步认识微观物理现象有重要意义。通过人们对光的本性的认识历程的了解，认识人们探究微观物质世界的曲折历程和不断深化的认识方法，感悟科学发展是曲折的、辩证的，而且是永无止境的。在本章有许多有关光的创造发明的生动事例，它们会使我们深刻感受科学的价值。

A光的干涉和衍射

一、学习要求

了解光的干涉现象及其产生的条件，以及光的衍射现象及其观察到明显衍射现象的条件。在学生实验“观察光的干涉、衍射现象”中，学生们会记录和描述观察到的光的干涉现象和衍射现象。理解光的干涉、衍射是说明光具有的重要科学依据。

通过实践，体验获得清晰、稳定的干涉图样的关键所在——寻找“相干光源”，体验“双缝干涉实验”所蕴涵的巧妙的科学思想方法。

通过探究，发现干涉图样和衍射图样的区别以及与图样变化有关的因素，并总结出干涉和衍射图样各自具有的特点。

通过本节学习，感悟物理实验在科学发现中的重要作用。在实验中提高认真细致、善于观察的科学素养。

二、要点辨析

1．与双缝干涉实验有关的几个问题

（1）的干涉实验中的突破。

关键在于寻找满足干涉条件的相干光源，地利用如图13-1所示的装置，使光束通过单孔屏形成细小的一束光，被双孔屏分成“同出一源”的两束相干光，从而实现了光的干涉。基于此实验，托马斯·杨又用狭缝代替小孔，获得了更加清晰明亮的干涉图样。

通过使用狭缝替代小孔，我们可以将狭缝转化为线光源。线光源可以被理解为由许多发光点沿一条线排列组成的。每个发光点产生的光斑都会产生各自的干涉图样。在屏幕上的干涉条纹实际上是各个点光源干涉图样的叠加。由于这些点光源与双缝的相对位置完全相同，它们产生的干涉图样也完全相同。将这些干涉图样叠加在一起，形成了清晰的线状图样，便于观察。

（2）在双缝干涉实验中，如果用红色滤光片遮住一个狭缝S1，再用绿滤光片遮住另一个狭缝S2，当用白光入射时，屏上会产生双缝干涉图样吗？

这时在屏上将会出现红光单缝衍射光振动和绿光单缝衍射光振动的叠加。由于红光和绿光的频率不同，因此它们在屏上叠加时不能产生干涉，此时屏上将出现混合色两单缝衍射图样。

（3）在双缝干涉实验中，如果遮闭其中一条缝，则在屏上出现的条纹有何变化？原来亮的地方会不会变暗？

如果遮住双缝其中的一条缝，在屏上将由双缝干涉条纹演变为单缝衍射条纹，与干涉条纹相比，这时单缝衍射条纹亮度要减弱，而且中央明纹的宽度要增大。

（4）双缝干涉的亮条纹或暗条纹是两列光波在光屏处叠加后加强或抵消而产生的，这是否违反了能量守恒定律？

暗条纹处的光能量几乎为零，这表明两列光波在叠加时相互抵消。这是符合光传播规律的现象，暗条纹处没有光能量传到该处的原因并非是光能量损耗或转变为其他形式的能量。同样地，亮条纹处的光能量较强，这并不是因为干涉产生了能量，而是因为按照波传播规律，到达该处的光能量相对集中。双缝干涉现象并不违反能量守恒定律。

2．干涉现象以及产生稳定干涉的条件

两列振动情况完全相同的光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱。出现明暗相间的条纹或者彩色条纹的现象叫做光的干涉。

只有两列光波的频率相同，振动方向一致的相干光源，才能产生稳定的光的干涉图样。

由两个普通独立光源发出的光，不可能达到频率和振动情况完全相同，不能成为相干光源，因此，不能产生干涉现象。

3．光的衍射现象以及产生明显衍射现象的条件

当光线绕过障碍物偏离直线传播路径并进入阴影区域时，我们称之为光的衍射现象。图13-2展示了一个典型的用于演示衍射现象的实验装置。在光屏上出现明暗相间的条纹(使用白光源照射时呈现彩色条纹)的原因在于：当入射光照射到缝隙时，缝隙中的每个点都可以被视为一个点光源。这些点光源发出的光线在屏上相互叠加，从而在几何阴影区内形成明暗相间的条纹。

衍射现象是光在遇到障碍物时发生的现象，但要出现明显的衍射现象，条件是相当严格的。当障碍物的尺寸远大于光波的波长时，光可以看作是沿直线传播的。需要注意的是，这只是光的一种近似行为规律。当光的波长比孔或障碍物小得多时，我们也可以将其视为沿直线传播。然而，当孔或障碍物的尺寸与光的波长相