二光的本质之争

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1、第二十章光的波动性（高中第三册P.23）光到底是什么？这个问题早就引起了人们的注意，不过在很长的时期内对它的认识却进展得很慢，直到17世纪才明确地形成了两种学说：一种是牛顿主张的微粒说，认为光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀的介质中以一定的速度传播；另一种是波动说，是跟牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯（1629-1695）提出的，认为光是在空间中传播的某种波。微粒说和波动说都能解释一些淘现象，但又不能解释当时观察到的全部光的现象。由于早期的波动说不能用数学作严格的表达和分析，再另上牛顿在物理学界的威望，微粒学一直占了上风。到了19世纪初

2、，人们在实验中观察到了光的十涉和衍射现象，这是波的特征，不能用微粒说解释，因而证明了波动说的正确性。19世纪60年代，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并认为光也是一种电磁波。以后，赫兹在实验中证实了这种假说，这样，光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步，取得了巨大的成功。但是，19世纪末又发现了新的现象——光电效应，这种现象用波动说无法解释。爱因斯坦于20世纪初提出了光子说，认为光具有粒子性，从而解释了光电效应。不过，这里所说的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”。现在人们认识到，光既具有波动性，又具有粒子性。思考题1、光的微粒说与波动说

3、各自的主要论点是什么？2、试述托马斯·杨对光学的主要贡献。3、菲涅耳对于干涉和衍射的研究有哪些特点？4、对于光的微粒性，爱因斯坦与牛顿的“微粒”有何不同。光的本质之争古代对光的认识光的波动说与微粒说的交锋光的波粒二象性从古代起,人们就开始思考光的本性问题.最初的一些假说既幼稚又含混.亚里士多德认为,光是从眼睛里发射出来的某种东西.毕达哥拉斯学派则主张,光是由媒质以太以某种方式传播．十七世纪中，主张波动说的主要有笛卡儿、格里马第、惠更斯和胡克等人，主张微粒说的有牛顿，他们对光的波动说和微粒说进行了研究与发展．关于光的本质问题，笛卡儿在他《

4、方法论》的三个附录之一《折光学》中提出了两种假说．一种假说认为，光是类似于微粒的一种物质；另一种假说认为光是一种以“以太”为媒质的压力．虽然笛卡儿更强调媒介对光的影响和作用，但他的这两种假说已经为后来的微粒说和波动说的争论埋下了伏笔．格里马第（FrancescoMariaGrimaldi,1618-1663）最早明确提出光的波动说．他令百叶窗透过来一束光照在小棍上，得到较宽的带色彩的影子，他称之为“衍射”．由衍射现象格里马第发现光线并不沿着直线传播，他设想，光是一种作波浪状运动的精细流体，这种流体能以极大但有限的速度漫射，通过透明体；衍

5、射现象中的色带就如同一块投入水中所形成的圆形波纹．由于是波浪式的流体，影子的边缘就必然是模糊和有影像的；碰到障碍物时，就像水波一样会绕过去．1663年，英国科学家波义耳提出了物体的颜色不是物体本身的性质，而是光照射在物体上产生的效果．他第一次记载了肥皂泡和玻璃球中的彩色条纹．这一发现与格里马第的说法有不谋而合之处，为后来的研究奠定了基础在1665年出版的《显微术》一书中，胡克注意到金刚石受到摩擦、打击和加热时在黑暗中会发光的现象，并以此为据认为，“光必定是一种振动”，并且是一种快速的小振幅的振动．在谈到光的传播形式时，胡克写道：“在一种

6、均匀媒质中这一运动在各个方向都以相等的速度传播．于是发光体的每一脉动和振动都必将形成一个球面，这个球面将不断增大，如同投入水后引起越来越大环状波一样（尽管肯定要快得多）．由此可知，在均匀媒质中扰动而成的球面的一切部分都与射线正交”．这实际上已提出了波前或波面和媒质各向同性的概念，并指出了光是由发光体的振动在媒质中引起的一系列与射线成直角的球形脉冲的扩散．惠更斯在光学方面的最大贡献是提出了光的波动说和惠更斯原理．惠更斯认为，光是发光体中微小粒子的振动，在弥漫于宇宙空间的以太中传播的波动过程．光波是一种靠物质载体来传播的纵向波，以太作为一种

7、媒质传输光脉冲，它是以极高和有限的速度传播的．他设想传输光的以太粒子应是极硬的和富于弹性的．以此，他解释了从无数不同方向来的光线又如何可以互不妨碍地交叉通过的和光的反射定律。惠更斯从光是波动的传播这一观念出发，提出了著名的以他的名字命名的原理——惠更斯原理：“光波发射时，光在其中传播的每一物质粒子不只把运动传给与原始粒子及光源在同一直线上的邻近粒子，而且还应传给所有和它接触并阻碍其运动的一切粒子．因此，在每一粒子周围就产生以此粒子为中心的波”．惠更斯还作图说明了这一原理．从图中可见，由一点产生的光波的传输是以球面波的形式传输的，每个子波

8、也都是下一个球面波的中心，而这些子波的波前的包络面就是点波源的新波前．惠更斯原理的示意图利用惠更斯原理，惠更斯在解释折射现象时，修正了斯涅尔定律，得出光由空气进入水中时，，即两个正弦函数之比等于两种介质中的