八、光的波粒二象性

光既有波动性，又有粒子性，我们不能只用其中的一种去说明光的一切行为，必须承认光．具．有．波．粒．二．象．性．。

在宏观现象中，波动是连续的，粒子是分立的，二者是互相对立的。宏观物体通常不能既显示波动性，又显示粒子性。

而光子与质子、中子、电子一样，是一种微观粒子，具有二象性。承认光的波粒二象性，要求我们不可把光当成宏观观念中的粒子，同时，对光的波动性也要有新的认识。

那么，在微观世界中，波和粒子的图象又是怎样统一起来的呢？物理学家做的下述实验可以帮助我们理解这个问题。在光的双缝干涉实验中，在屏处放上照相底片，并设法减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些无规则分布的点子，那些点子是光子打在底片上形成的，表现出光的粒子性。这些点子的分布是无规则的，可见光子的运动跟宏观现象中的质点的运动不同，没有确定的轨道。如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，就像用强光经短时间曝光后产生的一样。可见，光的波动性是大量光子表现出来的现象。在干涉条纹中，那些光波强度大的地方，是光子到达机会多的地方，或者说是光子到达的概率大的地方；光波强度小的地方，是光子到达的机会少的地方，或者说光子到达的概率小的地方。所以光的波动性可看做是大量光子运动的规律。图 8-15 底片曝光程度的不同，同样说明了光的粒子性这个问题。

人类对于光的本性的认识经历了曲折的发展过程。经过长期的探索，认识到光具有波粒二象性，并从此开始接触到微观世界具有的特殊规律。

本章小结

在这一章里，我们研究了光的干涉和衍射，学习了光的电磁说，认识到光具有波动性。之后，我们又学习了光电效应和光子说，认识到光还具有粒子性。光具有波粒二象性，这使我们对物质世界的认识深入了一层。在以后的学习中将会知道，其实我们通常认为的“粒子”，也具有波动性。物质世界的神奇、复杂，还需待我们进一步认识和探索。

什么是光的干涉？在双缝干涉实验中，干涉图样上的亮条纹和暗条纹分别出现在什么地方？用白光和单色光做这个实验，干涉条纹有什么不同？为什么？
薄膜干涉现象是怎样产生的？举例说明它在生产技术上的应用。(3)什么是光的衍射？举例说明光的衍射现象与光的直线传播是否有

矛盾？在什么情况下光沿直线传播？

什么是光的电磁说？确立光的电磁说，根据是什么？电磁波谱中，

除了可见光，还有哪些电磁波？它们各有什么特点？
什么叫特征谱线？为什么用光谱分析的方法可以鉴定物质的组成元素？
比较机械波、电磁波(包括光波)，它们有什么不同？又有哪些共同

点？

什么是光电效应？光电效应有哪几条规律？为什么说光的波动说不能解释这些规律？什么是光子说？光子说是怎样解释光电效应的？
光电管有什么作用？举例说明它的应用。
为什么说光具有波粒二象性？你怎样理解光的波粒二象性？习题

用哪些现象或实验结果可以说明：①光是一种波；②跟水波的波长比较，光波的波长非常短；③绿光的波长比红光的波长短。
水对真空中波长为 0.66 微米的红光的折射率为 n1=1.33，而对真空中波长为

0.40 微米的紫光的折射率为 n2=1.34。求这两种波在水中的传播速度和波长。
设λ1 和λ2 是两种可见单色光 1 和 2 在真空中的波长，且λ1＞λ

₂，则这两种单色光相比，下列说法中正确的是什么？

单色光 1 的频率较小。
玻璃对单色光 1 的折射率较大。
在玻璃中，单色光 1 的传播速度较大。
单色光 1 的光子能量较大。

下面哪种光能使锌产生光电效应？①红外线；②紫外线；③黄光；

④蓝光。

功率为 1 瓦的手电筒灯泡大约有 5％的电能转化为可见光，试估算它 1

秒钟能释放出多少个可见光的光子？
太阳的辐射功率为 3.86×10²⁶

焦／秒，如果把太阳光看成是频率为 5×10¹⁴ 赫的单色光，太阳每秒钟辐射出多少个光子？

*(7)用波长为 0.20 微米的紫外线照射钨的表面，释放出的光电子的最

大初动能是 2.94 电子伏。用波长为 0.16 微米的紫外线照射钨的表面，释放出的光电子的最大初动能是多少电子伏？