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“光的本性”幾個(gè)易混淆問(wèn)題釋疑
“光的本性”一章研究光的現(xiàn)象較多，令人難記．定性的多，較難分析解釋，有些概念比較抽象，頗費(fèi)理解．教學(xué)中，對(duì)于一些易混淆的問(wèn)題應(yīng)向?qū)W生講解清楚，幫助他們深刻認(rèn)識(shí)光的本性．
問(wèn)題１ 關(guān)于光的本性有幾種學(xué)說(shuō)？各種學(xué)說(shuō)的代表人物是誰(shuí)？
釋疑 在研究光的本性的歷史上，具有代表性的學(xué)說(shuō)有五種．
（１）微粒說(shuō) 這個(gè)學(xué)說(shuō)是１７世紀(jì)末提出的，代表人物是牛頓．牛頓根據(jù)光的直線傳播、光的反射和折射、光具有能量等特點(diǎn)，提出光是由一種具有完全彈性的球形微粒大量聚集而成的，這些微粒在均勻介質(zhì)中以極高的速度做直線運(yùn)動(dòng)．
（２）波動(dòng)說(shuō) 這個(gè)學(xué)說(shuō)的代表人物是與牛頓同時(shí)代的荷蘭物理學(xué)家惠更斯．他根據(jù)光與機(jī)械波有類似特征，提出光是以光源為振源的某種振動(dòng)，光是在一種特殊的彈性物質(zhì)“以太”中傳播的彈性機(jī)械波．但實(shí)驗(yàn)證明這種“以太”物質(zhì)是不存在的．
從現(xiàn)代光學(xué)論來(lái)看，微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)都沒有能揭示光的實(shí)質(zhì)．在當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件下各自只能解釋一些光現(xiàn)象，但又有一些無(wú)法解釋的問(wèn)題．
（３）電磁說(shuō) 這個(gè)學(xué)說(shuō)的代表人物是麥克斯韋．１９世紀(jì)后期，麥克斯韋根據(jù)理論上得到的電磁波的速度與實(shí)際測(cè)得的光速相同、電磁波和光都可以在真空中傳播而不需要介質(zhì)等，預(yù)言光是一種電磁波．后經(jīng)赫茲實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波確實(shí)存在，這樣光的電磁說(shuō)就誕生了．
經(jīng)過(guò)一系列科學(xué)家的努力，測(cè)出了光波的波長(zhǎng)，并同各種電磁波一起組成了排列有序的電磁波譜，光作為一種電磁波在電磁波譜中占據(jù)了它應(yīng)有的位置．光的電磁說(shuō)使光的波動(dòng)理論發(fā)展到了相當(dāng)完美的程度，取得了很大的進(jìn)步，使人們?cè)趯?duì)光的認(rèn)識(shí)上跨進(jìn)了一大步．
（４）光子說(shuō) 這個(gè)學(xué)說(shuō)的代表人物是愛因斯坦．光子說(shuō)的要點(diǎn)是：光由光子組成，在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子，每個(gè)光子具有能量Ｅ＝ｈν．
（５）光的波粒二象性 現(xiàn)在，科學(xué)家對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)是：光具有波粒二象性．個(gè)別光子的行為顯示出波動(dòng)性；頻率越高的光子，能量越大，粒子性越明顯，但這種粒子又不同于宏觀現(xiàn)象中的質(zhì)點(diǎn)；大量光子的作用顯示出波動(dòng)性，頻率越低，波動(dòng)性越明顯，但它又不同于機(jī)械波，亦不同于電磁振蕩產(chǎn)生的電磁波．
問(wèn)題２ 光的波粒二象性是不是折衷主義？
釋疑 對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)，歷史上曾發(fā)生過(guò)兩次否定．第一次是波動(dòng)說(shuō)取代微粒說(shuō)，但是第二次當(dāng)光電效應(yīng)等現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)之后，并沒有取消波動(dòng)說(shuō)，而是提出波粒二象性，這是不是搞折衷主義呢？不是，因?yàn)檫@兩次否定的性質(zhì)是不同的．第一次，波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)兩種學(xué)說(shuō)本身是不相容的，光的干涉、衍射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及光速測(cè)定，證明微粒說(shuō)是錯(cuò)誤的．波動(dòng)說(shuō)能解釋包括微粒說(shuō)可以解釋的一切光現(xiàn)象，使微粒說(shuō)沒有再存在的理由．這次否定是徹底的．第二次的情況不同，光子說(shuō)與電磁說(shuō)均可以解釋某些實(shí)驗(yàn)，但又都不能被完全取代，所以都有存在的理由，而且光子說(shuō)作為電磁波說(shuō)的對(duì)立面理論提出來(lái)是相容的．光子能量Ｅ＝ｈν中的頻率ν正是波的特性的描述，更重要的是，實(shí)驗(yàn)也證明了個(gè)別光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子表現(xiàn)出波動(dòng)性．由此可見，光的波粒二象性不是互相對(duì)立的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的折衷，也不是理論上的權(quán)宜之計(jì)，而是對(duì)光的本性的科學(xué)概括．
值得說(shuō)明的是，光的波動(dòng)性（電磁說(shuō)）和粒子性（光子說(shuō)）不同于宏觀機(jī)械波（波動(dòng)說(shuō)）、宏觀質(zhì)點(diǎn)（微粒說(shuō)）．
問(wèn)題３ 白光經(jīng)三棱鏡色散后得到的彩色條紋與白光通過(guò)雙縫干涉后得到的彩色條紋的圖樣和形成過(guò)程有何不同？
釋疑 它們圖樣的不同點(diǎn)是：三棱鏡產(chǎn)生的彩色條紋圖樣是七色光帶連續(xù)排列的，光帶較寬，色光只能出現(xiàn)一組．而雙縫干涉圖樣在中間有一明亮的白光帶，以此為中心，七色光帶向兩側(cè)延伸，可以看到若干組彩色條紋，并逐漸暗淡，各組彩色條紋間以暗條紋相間．
它們圖樣的形成過(guò)程有本質(zhì)區(qū)別：雙縫干涉形成的彩色條紋中，每一種顏色是由兩列波疊加使某種色光相互加強(qiáng)而成．三棱鏡色散而成的彩色條紋中的每一種顏色，卻是由組成白光的各單色光經(jīng)棱鏡折射后產(chǎn)生不同程度的偏折，從而相互分開形成的．
問(wèn)題４ 光的干涉與衍射有何區(qū)別？
釋疑 光的干涉與衍射都可以得到明暗相間的色紋，都有力地證明了光的波動(dòng)性．但是，產(chǎn)生這兩種現(xiàn)象的條件是不同的．光的干涉現(xiàn)象需要相干光，即兩列振動(dòng)情況總是相同的光源，在同一介質(zhì)中相遇．例如從楔形肥皂膜上觀察到的鈉黃光的明暗相間條紋，或從水面油膜上觀察到的彩色條紋，就屬這類情況，從薄膜的前后表面反射出來(lái)的光就是相干光．而光的衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件是障礙物或孔的線度與光波波長(zhǎng)可以比擬的情況．例如從小孔觀察點(diǎn)光源或從狹縫觀察線光源就屬這種情況．光經(jīng)過(guò)小孔或狹縫產(chǎn)生非直線傳播的現(xiàn)象，此時(shí)便可在光屏上形成明暗相間的條紋．其次，干涉條紋與衍射條紋也是有區(qū)別的，以狹縫為例，干涉條紋是相互平行、等距（寬度相同）的；而衍射條紋是平行而不等距的，中間最寬，兩邊條紋寬度逐漸變窄．
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