高中物理旧人教第三册光的微粒说和波动说.doc

光的微粒说和波动说一、教学目标1．物理知识方面．(1)了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．(2)了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．2．物理思想方面．人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说发展学说或是决定学说的取舍发现新的事实再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为经过分析和研究逐渐认识光的本性的．二、重点、难点分析这一章的内容贯穿一条主线——人类对光的本性的认识的发展过程．结合各节内容适当穿插物理学史材料是必要的．这种做法不但可使课堂教学主动活泼内容丰富还可以对学生进行唯物辩证思想教育．本节就课本内容十分简单学生学起来十分枯燥．课本所提到的内容都是结论性的加入一些史料不仅可能而且必要．三、主要教学过程光学现象是与人类的生产和日常生活密切相关的．人类在对光学现象、规律的研究的同时也开始了对光本性的探究．到了17世纪人类对光的本性的认识逐渐形成了两种学说．(一)光的微粒说一般人们都认为牛顿是微粒说的代表牛顿于1675年曾提出：“光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子”这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”．用这样的观点解释光的直进性、影的形成等现象是十分方便的．在解释光的反射和折射现象时同样十分简便．当光射到两种介质的界面时要发生反射和折射．在解释反射现象时只要假设光的微粒在与介质作用时其相互作用使微粒的速度的竖直分量方向变化但大小不变；水平分量的大小和方向均不发生变化(因为在这一方向上没有相互作用)就可以准确地得出光在反射时反射角等于入射角这一与实验事实吻合的结论．说到折射笛卡儿曾用类似的假设成功地得出了入射角正弦与折射角正弦之比为一常数的结论．但当光从光疏介质射向光密介质时发生的是近法线折射即入射角大折射角小．这时必须假设光在光密介质的传播速度较光在光疏介质中的传播速度大才行．一束光入射到两种介质界面时既有反射又有折射．何种情况发生反射何种情况下又发生折射呢？微粒说在解释这一点时遇到了很大的困难．为此牛顿提出了著名的“猝发理论”．他提出：“每一条光线在通过任何折射面时便处于某种为时短暂的过渡性结构和状态之中．在光线的前进过程中这种状态每隔相等的间隔(等时或等距)内就复发一次并使光线在它每一次复发时容易透过下一个折射面而在它(相继)两次复发之间容易被这个面所反射”“我将把任何一条光线返回到倾向于反射(的状态)称它为‘容易反射的猝发’而把它返回到倾向于透射(的状态)称它为‘容易透射的猝发’并且把每一次返回和下一次返回之间所经过的距离称它为‘猝发的间隔’”．如果说“猝发理论”还能解释反射和折射的话那么以微粒说解释两束光相遇后为何仍能沿原方向传播这一常见的现象微粒说则完全无能为力了．(二)光的波动说关于光的本性当时还存在另一种观点即光的波动说．认为光是某种振动以波的形式向四周围传播．其代表人物是荷兰物理学家惠更斯．他认为光是由发光体的微小粒子的振动在弥漫于一切地方的“以太”介质中传播过程而不是像微粒说所设想的像子弹和箭那样的运动．他指出：“假如注意到光线向各个方向以极高的速度传播以及光线从不同的地点甚至是完全相反的地方发出时光射线在传播中一条光线穿过另一条光线而相互毫不影响就能完全明白这一点：当我们看到发光的物体时决不可能是由于从它所发生的物质像穿过空气的子弹和箭一样通过物质迁移所引起的”．他把光比作在水面上投入石块时产生的同心圆状波纹．发光体中的每一个微粒把振动通过“以太”这种介质向周围传播发出一组组同心的球面波．波面上的每一点又可以此点为中心再向外传播子波．当然这样的观点解释同时发生反射和折射比微粒说的“猝发理论”方便得多以水波为例水波在传播时反射与折射可以同时发生．一列水波在与另一列水波相遇时可以毫无影响的相互通过．惠更斯用波动说还解释了光的反射和折射．但他在解释光自光疏介质射向光密介质的近法线折射时需假设光在光密介质中的传播速度较小．现代光速的测定表明波动说在解释折射时依据的假设是正确的：光在光密介质中传播时光速较小．但在17世纪时光速的测量尚在起步阶段谁是谁非没有定论．当然光的波动说在解释光的直进性和何以能在传播时会在不透明物体后留下清晰的影子等问题也遇到困难．可见光的微粒说和波动说在解释光学现象时都各有成功的一面但都不能完满地解释当时所了解的各种光学现象．在其后的100多年中主要由于牛顿的崇高地位及声望因而微粒说一直占主导地位波动说发展很缓慢．人类对光本性的认识还期待新的现象的发现．直到19世纪初人们发现了光的干涉现象进一步研究了光的衍射现象．干涉和衍射是波动的重要特征从而光的波动说得到迅速发展．人类对光的本性的认识达到一个新的阶段．(三)牛顿理论中的波动性思想作为一代物理学大师的牛顿是提倡了微粒说但他却并不排斥波动说