光概念的发展历程及对物理教学启示的研究

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在光学的发展过程中,对光的本性的研究成为了推动光学发展的动力之一。纵观光概念的发展历程,包括光是“物质的微粒”、“以太的振动”、电磁波、光具有波粒二象性等阶段。2012年郭光灿等人将量子控制应用到经典的惠勒延迟选择实验上,观测到光的奇特表现——非波非粒,亦波亦粒。在实验中同时观测到光的波动性质与粒子性质,进而扩展了玻尔的互补原理。利用纠缠光子对的非定域性,英国的A. Peruzzo等人和法国的F. Kaiser等人随即也完成了类似的实验,都观测到光的波动性与粒子性同时存在,并相互产生干涉。然而,量子力学的概率性与非定域性深受人们的质疑,经过爱因斯坦与玻尔的激烈争论以及贝尔不等式的实验检验才得以证实。本文通过综述爱因斯坦与玻尔关于量子力学诠释的争论,以及贝尔不等式及其实验检验,论证量子力学的概率性和非定域性。其次,综述了光概念的发展历程,使人们对光的本性有更加深刻完善的认识。最后,对学生进行了有针对性的问卷调查及结果统计,结合光概念的发展历程,提出了在教学上的一些有益启示。本文第一章综述了量子力学的哥本哈根诠释。第二章详细的论述了爱因斯坦与玻尔就互补原理、不确定性原理、量子力学是否完备的争论。第三章首先介绍了隐变量理论以及贝尔不等式、证明了在量子力学领域得出的结果与贝尔不等式相违背;其次介绍了贝尔不等式的实验检验。第四章具体的综述了光概念的发展历程。第五章具体的分析了对学生关于光概念教学的调查问卷。第六章结合光概念的发展历程以及调查问卷的结果,从教学内容、教学方法、教学模式等方面提出了一些教学启示。
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