1、,1,一、光的微粒說與波動說二、光的干涉與繞射現象三、光速的測量四、光的本質, 第1節 光的波動說,一、光的微粒說與波動說,牛頓,惠更斯,1704,1678,光由光源發出一連串具有彈性的微小粒子所組成，這些粒子以直線方式前進，能穿過透明的物質，但遇到不透明的物質時，會被反射或吸收，在進入眼睛後，能使人產生視覺。,光是如水波與聲波一樣的波動，經由介質朝四面八方傳播。,詳見P.5,詳見P.7,可以解釋光的直進、反射定律、折射定律。,可以解釋光的直進、反射定律、折射定律。,預測光在介質中的速率比在真空中快（這當然是錯誤的）。,當時仍無法觀測到干涉與繞射等重要的波動特性。,微粒說對折射定律的解釋,如右
2、圖所示，光微粒由疏介質（例如空氣）進入密介質（例如水）時，會受到密介質的吸引，故法線方向的速度會增加。但由於沿著界面方向並未受力，由右圖可知，速度水平分量在兩介質內相等，則,可以解釋折射現象，並預測水中的光速應該比空氣中的光速快。,波動說對折射定律的解釋,如右圖所示，根據惠更斯原理，可得：（請同學複習2-6）,可以解釋折射現象，並預測水中的光速應該比空氣中的光速慢。,二、光的干涉與繞射現象,3.西元1816 年，科學家菲涅耳（Augustin Fresnel，1788 1827，法國人），利用光的波動性，討論繞射圖案形成的原因，建立完整的數學理論，定量地描述光的繞射現象。,三、光速的測量,1.
3、西元1849 年，菲左（Armand Hippolyte Louis Fizeau，18191896，法國人）利用光通過快速旋轉的齒輪，測出光速為3.1108公尺/秒。2.西元1862年，傅科（Leon Foucault，1819 1868，法國人）利用旋轉的多面鏡，放大反射光束因鏡子旋轉而產生的位移，非常精確地測出光速為2.99796108公尺/秒。與現代所知的光速2.99792458108公尺/秒相比，傅科的測量結果實在是驚人地準確。他也利用此方法明確地證明了光速在水中較慢。,3.超過一個世紀的爭議，到此暫時告一段落：干涉、繞射與光速測量的實驗證明，牛頓主張的微粒說是錯誤的。,四、光的本質
4、,1.西元1864年間，馬克士威將電磁學的基本定律，以四個簡潔的方程式表示，即為出名的馬克士威方程式。2.在馬克士威方程式中，預言了電磁波的存在，並推算出電磁波在真空中的波速，竟然與真空中的光速相等。這項電磁波的預言，在1887年由赫茲（Heinrich Hertz ，18571894 ，德國人）所證實。,3.在赫茲的實驗中，清楚確認了電磁波具有與光一樣的反射、折射，以及其他的波動性質。至此，光是一種電磁波已無疑義，而促使了光學與電磁學的合併，這是物理學發展史上的重大成就。4.風水輪流轉，到了二十世紀初，光的波動說又碰到無法解釋光電效應的困境，而愛因斯坦的光子說卻又能完美的解釋（詳見選修物理下冊）。此時，微粒說又扳回一城。,5.既然各有證據支持微粒說與波動說，因此現今物理學家接受光在本質上具有二象性，即光同時兼具粒子與波動的性質（詳見選修物理下冊）。,CHAPTER 5 物理光學,NEXT,第2節 光的干涉,
