證明“光是粒子還是波動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)報(bào)告單
- 教育綜合
- 2023-05-14 07:58:17
什么實(shí)驗(yàn)說明光具有波動(dòng)性？什么現(xiàn)象說明光具有粒子性？
波動(dòng)性：光的干涉，衍射，偏振光透過偏振器件光強(qiáng)所遵循的馬呂斯定律也可以說明光的波動(dòng)性。
粒子性：光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)。
a粒子的散射實(shí)驗(yàn)證明的是原子的核式結(jié)構(gòu)，而不是光的粒子性。
如果能量不足以使其躍遷到更外層的軌道，電子就會(huì)進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)，并以波的形式釋放能量。如果躍遷之后剛好填補(bǔ)了所在軌道的空位，從激發(fā)態(tài)到達(dá)穩(wěn)定態(tài)，電子就停止躍遷。否則電子會(huì)再次躍遷回之前的軌道，并且以波的形式釋放能量。
擴(kuò)展資料：
光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。小孔成像、日食和月食還有影子的形成都證明了這一事實(shí)。
撇開光的波動(dòng)本性，以光的直線傳播為基礎(chǔ)，研究光在介質(zhì)中的傳播及物體成像規(guī)律的學(xué)科，稱為幾何光學(xué)。在幾何光學(xué)中，以一條有箭頭的幾何線代表光的傳播方向，叫做光線 。
幾何光學(xué)把物體看作無數(shù)物點(diǎn)的組合（在近似情況下，也可用物點(diǎn)表示物體），由物點(diǎn)發(fā)出的光束，看作是無數(shù)幾何光線的集合，光線的方向代表光能的傳遞方向。
光是到底是粒子還是波？
光有衍射和折射，確實(shí)是波的屬性；但光參與光電作用卻確鑿的證明光是粒子，它既似波又似粒子，我們就叫這做“波粒二象性”。
其實(shí)不只光，任何亞原子粒子，不論質(zhì)子、中子、電子等等，在運(yùn)動(dòng)中都是既像波又像粒子，這些粒子在精密設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中都能發(fā)生折射和衍射，而并非直線運(yùn)動(dòng)。
光有能量，當(dāng)然也有質(zhì)量，這是學(xué)物理的人都知道的。你面前的顯示器照著你，因?yàn)楣庥匈|(zhì)量，你會(huì)被這些光產(chǎn)生的壓力壓迫(光壓)，只不過它極其微小，你毫無知覺。
物體發(fā)光本來就會(huì)損失能量，等價(jià)于損失質(zhì)量，這些能量(質(zhì)量)被光帶走了，如果加上這些光的質(zhì)量，則完全符合質(zhì)量守恒定律(其實(shí)也是能量守恒定律)。
圍繞著這個(gè)問題，在歷史上有許多爭(zhēng)論。其中比較著名的有牛頓的 “光是粒子”的主張和惠更斯的“光是波”的理論。通過現(xiàn)代物理的研究，已經(jīng)表明光是波的同 時(shí)還具有粒子的特性。 所以光有波和粒子的兩面性，既是光又是粒子。
激光粒度儀作為一種新型的粒度測(cè)試儀器，已經(jīng)在粉體加工、應(yīng)用與研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它的特點(diǎn)是測(cè)試速度快、測(cè)試范圍寬、重復(fù)性和真實(shí)性好、操作簡(jiǎn)便等。 激光法的粒度測(cè)試原理： 激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象測(cè)試粒度分布的。由于激光具有很好的單色性和極強(qiáng)的方向性，所以一束平行的激光在沒有阻礙的無限空間中將會(huì)照射到無限遠(yuǎn)的地方，并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。當(dāng)光束遇到顆粒阻擋時(shí)，一部分光將發(fā)生散射現(xiàn)象，如圖8。散射光的傳播方向?qū)⑴c主光束的傳播方向形成一個(gè)夾角θ。散射理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都告訴我們，散射角θ的大小與顆粒的大小有關(guān)，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的θ角就越小；顆粒越小，產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。進(jìn)一步研究表明，散射光的強(qiáng)度代表該粒徑顆粒的數(shù)量。這樣，在不同的角度上測(cè)量散射光的強(qiáng)度，就可以得到樣品的粒度分布了。
光到底是粒子？還是波？
光學(xué)是一門古老的科學(xué)，關(guān)于光的本性問題也一直是許多科學(xué)家所努力探尋的。 17世紀(jì)70年代還由此引發(fā)了一場(chǎng)著名的爭(zhēng)論。牛頓在劍橋?qū)鈱W(xué)進(jìn)行了為期3年的研究，最終形成了自己的學(xué)說，堅(jiān)信光是一種粒子。站在他對(duì)立面的是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員胡克和惠更斯。胡克認(rèn)為光本質(zhì)上是一種依靠以太媒質(zhì)的振動(dòng)而傳播的波。他認(rèn)為，只有把光看成波，才能完美地解釋光的直線傳播特性。 愛因斯坦對(duì)于光的特性，惠更斯比胡克研究的還要深入。他認(rèn)為光的波動(dòng)既類似于水波，又類似于聲波。光波是一種球面波，光在傳播時(shí)形成一個(gè)個(gè)球面波向前傳遞。胡克和惠更斯用來批駁粒子說的共同武器是光的衍射現(xiàn)象。衍射被公認(rèn)為是波的一種特性，當(dāng)光的衍射現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)之后哪些現(xiàn)象證明光的波動(dòng)性？哪些現(xiàn)象證明光有粒子性？
說明光的粒子性的現(xiàn)象：光電效應(yīng)， 氫光譜的原子特征光譜不連續(xù)，光的直線傳播，光的反射可以用粒子性解釋。光電效應(yīng)，氫光譜原子特征譜線不連續(xù)，證明光具有粒子性，同時(shí)，光的直線傳播，反射也可用粒子說得到解釋。
說明光的波動(dòng)性：疊加，干涉，衍射，偏振，光的電磁波屬性，光的色散，反射，折射，衍射，干涉，偏振，疊加等證明光的波動(dòng)性。
擴(kuò)展資料：
愛因斯坦支持光的粒子性，在于光電效應(yīng)無法用傳統(tǒng)物理學(xué)的波動(dòng)理論來解釋。相反，如果將光視作能量量子化分布的“粒子”而非能量連續(xù)分布的“波”，可以解釋一系列光電效應(yīng)的現(xiàn)象。（愛因斯坦獲得諾貝爾獎(jiǎng)是因?yàn)樗诠怆娦?yīng)上的工作，并非因?yàn)橄鄬?duì)論。）光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)是支持光的波動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)。
在該實(shí)驗(yàn)中，一束光通過一道細(xì)縫（縫的寬度和光的波長(zhǎng)相似）后，在屏上會(huì)顯示出一系列衍射條紋。而如果將光束能量降低到平均只能有一個(gè)光子同時(shí)通過細(xì)縫，長(zhǎng)時(shí)間曝光后發(fā)現(xiàn)光子在屏上的分布仍然符合衍射條紋。這說明光的波動(dòng)性并非僅僅是大量光子相互影響而產(chǎn)生的現(xiàn)象，而是單個(gè)光子本身固有的性質(zhì)。
波粒二象性是量子力學(xué)當(dāng)中的概念，雖然可以用宏觀的“粒子”與“波動(dòng)”來近似描述，但是本質(zhì)上并不能用宏觀觀念來替代。綜上，單個(gè)光子本身既具有類似宏觀粒子的“粒子性”，同時(shí)具有類似宏觀波動(dòng)的“波動(dòng)性”，這個(gè)性質(zhì)本身被稱為“波粒二象性”，是光子的固有性質(zhì)，并非宏觀粒子性質(zhì)與波動(dòng)性質(zhì)的合成。
事實(shí)上，微觀粒子都具有波粒二象性這種量子性質(zhì)。換句話說，“光具有波粒二象性”這句話是不等同于“光既是粒子，又是波”這句話的，只能理解為“光會(huì)同時(shí)表現(xiàn)出類似宏觀粒子與宏觀波動(dòng)的性質(zhì)?！?strong>
參考資料來源：百度百科-波粒二象性
