光的粒子性与波动性论文

本科生毕业论文（设计）

题目光的波动性与粒子性研究

姓名步苗苗学号********** 院系物理工程学院

专业物理学

指导教师孔祥木职称教授

2015 年6 月 2 日

曲阜师范大学教务处制

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

Abstract (1)

Key words (1)

绪论 (1)

1 光的本质研究 (1)

1.1 几何光学时代 (2)

1.2 波动光学时代 (2)

1.3 光的波粒二象性时代 (2)

2 光的波动性研究 (3)

2.1 光的干涉 (3)

2.1.1定义 (3)

2.2.2说明 (3)

2.2.3相干条件 (3)

2.2 光的衍射 (4)

2.2.1定义 (4)

2.2.2说明 (4)

2.2.3 衍射条件与特点 (4)

2.3 光的干涉和衍射的区别于联系 (4)

2.4 光的偏振态 (5)

2.4.1光的偏振现象与光的横波性 (5)

2.4.2光的五种偏振态 (5)

2.4.3光在偏振态中的马吕斯定律 (6)

3 光的粒子性研究 (6)

3.1 光电效应 (6)

3.2 康普顿效应 (7)

3. 3 光电效应与康普顿效应的区别与联系 (7)

致谢 (8)

参考文献 (8)

光的波动性与粒子性研究

物理学专业学生步苗苗

指导教师孔祥木

摘要：光的本质研究贯穿着近代物理学的全部发展过程，从人类产生到现在，人们对于光的认识不断发展，光的重要性更加突出，人们认识光的过程由简单到复杂，由低级到高级，由部分到全面，由现象到本质。光的本质越来越清楚。回顾光的发展史，对光的本质不断认识，从光的粒子说到光的波动说，到今天的光的波粒二象性，本文重点讨论光的粒子性与波动性，希望对光的本质研究有些许贡献。

关键词：光的本质粒子性波动性

Wave and particle nature of light research

Student majoring in Physics Bu Miaomiao

Tutor Kong Xiangmu

Abstract：Essence of light throughout the entire development process of modern physics, resulting in up to now, people growing awareness of light, the light of the importance of more prominent, it is recognized that the process of light from simple to complex, from lower to higher from a human, the part to the full, to the nature of the phenomenon. Nature of light is becoming increasingly clear. Recalling the history of the development of light, constant awareness of the nature of light, the light comes from the particle wave theory of light, to today's wave-particle duality of light, this article focuses on particle properties and wave nature of light, nature study hope to light a slight contribution.

Key words: Nature of light；Particle nature；Wave nature

绪论光的波动性早在十七世纪就被发现，从光的干涉、衍射以及光的偏振态中的马吕斯定律等都支持光的波动性，光的波动说也一直在光的研究中占有重要地位，但是直到本世纪人类发现了黑体辐射、光电效应等现象却揭示了光的波动说存在的缺陷，如果只是把光看作波动是不正确的，是存在缺陷的。光的粒子性的发现突破了经典物理学在微观领域的束缚，打开了新的大门，从而揭示了光具有粒子性和波动性的双重性质，这种性质就称为光的波粒二象性。

1光的本质研究

1．1 几何光学时代

从16世纪到18世纪近300年，人类建立了光的反射定律和折射定律，费马

发现了费马原理，从17世纪开始，人们发现了与直线传播不相符合的问题，也就是后来认识到的衍射问题。紧接着牛顿提出了光的粒子说，以光作为一种发光体放出的微粒，一直走到吸光体，被吸光体吸收。差不多同时，惠更斯则提出光为某种媒介中传播的一种波，这种媒介称之为“以太”，光的扰动到达的一点可作为新的扰动中心，以球面波的形式传播下去，这种次级子波的包迹规定了后来的波前，即行进中的波阵面上任一点都可看作是新的次波源，而从波阵面上各点发出的许多次波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传播到的新波面。这样同样说明了光的反射和折射。但是惠更斯原理没有提到波长的概念，也就无法说明直线传播和衍射的关系，无法解释光的衍射现象。这就是惠更斯原理存在的缺陷性。

到了菲涅尔，他修正了惠更斯原理，得到了所谓的惠更斯-菲涅尔原理，此原理不仅能说明直线传播的过程，并能说明牛顿的粒子说不能说明的衍射现象。菲涅尔还说明了光波不是纵波而是横波。

在这一时期，以牛顿为代表的微粒说占据着统治地位，但是随着光的干涉、衍射和偏振光中的波动现象的发现，以惠更斯，菲涅尔为代表的波动说也初步提出来，几何光学微粒说向波动光学逐步过渡，人们对于光的认识也不断深入。1．2 波动光学时期

到了19世纪，“杨氏双缝实验”成功测出了光的波长。再之后菲涅尔用杨氏干涉实验原理对惠更斯原理作出了补充，形成了我们现在所说的惠更斯-菲涅尔原理，此原理不仅能说明直线传播的过程，并能说明牛顿的粒子说不能说明的衍射现象，是波动光学的重要原理。1808年马吕斯在人类历史上首先发现了光的偏振现象，为此托马斯·扬提出光是横波的理论解释这一现象。而所谓的“以太”这种媒介并没有发现，知道法拉第发现光的振动面在磁场中的旋转，揭示了光和电磁现象的内在联系。麦克斯韦建立了电磁理论，此理论指出光是一种电磁现象。随后人类验证了此理论的正确性。至此光的电磁理论基本确立，人们认识到光的本质，即光是一种电磁波。

1．3 光的波粒二象性时期

在本世纪之前，人类对光的本质认识不断深化，认识到光的波动性，且得到了大量的实验证明。但本世纪初发现的黑体辐射、光电效应等现象揭示了只把光看作波动的局限性。1900年，普朗克引进了量子概念，并以此解决了黑体辐射的问题。1905年爱因斯坦的《关于光的产生和转化的一个启发性观点》提出了光子的存在，成功解释了光电效应，成为第一个完全肯定光除了已知的波动性之外还有微粒性的人。

普朗克和爱因斯坦的理论揭示了光的微粒性，但并不是否定光的波动性，因此光不仅具有波动性，还具有微粒性的双重性质，我们把这种性质称之为光的波粒二象性。

在之后，德布罗意建立了物质波学说，他揭示不仅光，每一物质的粒子都既具有波动性又具有粒子性。汤姆孙电子衍射实验的衍射图样证实了这一结论。这说明波粒二象性是微观粒子所共有的属性，因此光是一种物质，具有波粒二象性。下面我们具体研究光波动性和微粒性。

2 光的波动性研究