德州验光师培训学校为您分享-光的本质

摘要 ： 德州验光师培训学校老师为您分享以下内容。视光学是研究光与视觉的一门学科。也正是光的刺激使人产生视觉，人依赖光认知世界，如果没有光就没有人类的活动。千百年来，人们不断探讨、深化对光的认识,并结合物...

德州验光师培训学校老师为您分享以下内容。视光学是研究光与视觉的一门学科。也正是光的刺激使人产生视觉，人依赖光认知世界，如果没有光就没有人类的活动。千百年来，人们不断探讨、深化对光的认识,并结合物理学、心理学，逐步形成了光度学、色度学等应用光学学科。

光的本质问题很早就引起了人们的注意。从17世纪开始，人们对光的本质进行不断地研究，从微粒说发展到波动说、电磁说、量子说，历经了漫长的辩证认知过程。

(一)光的微粒说
    很久以来人们普遍认为光是一种微粒流。牛顿在其《光学》一书中提出的微粒说认为光是从发光体发出的而且以一定速度向空间各个方向直线传播的微粒。微粒可以通过透明物体，可以自物体表面反射，微粒进入人眼内引起视觉。微粒说很容易解释光的直线传播、影的形成。然而，在解释光的衍射、偏振、干涉等现象中均得不到满意的解释。直到1887年德国科学家赫兹发现了光电效应，证实了光的确具有粒子性。
(二)光的波动说
    17世纪，荷兰物理学家惠更斯(Huygens) 先提出光的波动说，认为光是一种机械波以波的形式在一种假想的弹性介质“以太”中传播，波面上的各点本身就是引起媒质振动的波源。光波由光源发射后，向外推进，形成连续的波面，称为波阵面(wave front)。其传指方式像水面上丢下石块所形成的水波。波阵面上各点都可视为发射次波的新波源，即引走介质振动的波源。
    光的波动说在解释光的直线传播和影子的形成原因时也遇到困难，因为人们知道波能够绕过障碍物，不会像光那样在物体的后面留下清晰的影子。随着光学的发展，托马斯杨的双缝干涉实验、菲涅尔的衍射实验和布儒斯特研究的光的偏振现象等，证实了光是一种波，并在19世纪得到普遍承认。

(三)光的电磁说
    19世纪后期，麦克斯韦(Maxwell)提出电磁场理论，认为光和无线电波、紫外线、X线等一样，本质上都是交流电磁波的一种，它们的区别只是波长的不同。光的电磁说将光的波动说与电和磁结合为一体，较完整地解释了光的反射与折射、干涉与衍射、偏等现象。

    电磁波谱中光波的波长范围约为10~10nm，其中能对人眼视觉神经产生光刺激的电磁波的波长范围为380~760nm,这段波长范围叫做可见光谱，仅占全部光谱的极小部分，是具有特殊性质的电磁波。在可见光谱内，光波的波长不同，光的颜色不同。单一波长且具有特定颜色的光，称为“单色光”由几种单色光相混合后产生的光称为“复合光”。通过三棱镜对白光的色散可以证实白光是一种复合光。

    不同波长的电磁波在真空中的传播速度是相同的，均为3.0x10°m/s。光波在不同介质中的传播速度不同。光波在空气中的传播速度要比上述值低万分之三，两者相差甚微,故一般情况下可用真空中的光速作为空气中的光速。
(四）光的量子说
    20世纪初，普朗克(Planck)和爱因斯坦提出了光的量子说。普朗克首先发现能量的发射和吸收不是连续的，而是以确定的绩效单位量子(quantum)间断性地进行发射或吸收。爱因斯坦则将此扩展到光学方面即形成光的量子说。量子说认为发光过程并不是连续的波动过程，而是不连续的光子辐射，每个光子都具有一定的能量，光子在空间运动时，其能量仍保持密集于一处。光的量子说是把光的双重性质波动性和微粒性联系一起，即动量和能量是光的粒子性的描述，而频率和波长则是波的特性。这样光就具有微粒和波动的双重性质，被称为光的波粒二象性(wave-particle dualism)光的波动性与粒子性之间的联系为:光的波动性与粒子性是光子本性在不同的条件下的表现。波动性突出表现在其传播过程中,粒子性则突出表现在物体的电磁辐射与吸收、光子与物质之间的相互作用中。一般地说，频率越高、波长越短、能量越大的光子其粒子性越显著;而波长越长、能量越低的光子则波动性越显著。光波又可认为是一种概率波，大量光子产生的效果往往显示出波动性;而个别光子产生的效果往往显示出粒子性。
    以一个简单的例子可以演示光具有波粒二象性:用微弱的光照射双缝，并使光通过两缝到达光屏（感光胶片），在照射时间不长的情况下，胶片上的点迹是随机散落而且是毫无规律的。这个事实说明了光是“一份一份”的粒子。对于随机散落的光子，随着时间的延长，胶片上的痕迹表现出光在某一区域分布较多，而在另一些区域分布较少的规律性分布。该分布情况与用强光照射形成干涉条纹的情况相吻合,这种规律性与波动的规律一致，所以光是一种波。