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关于光的基础知识(一些关于光的知识)

本文主要为您介绍关于光的基础知识,内容包括关于“光”的知识,一些关于光的知识,关于“光”的知识。光的本质是一种能引起视觉的电磁波,同时也是一种粒子(光子)。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。 光的速度:光在真空中的速度为每

1.一些关于光的知识

光的本质是一种能引起视觉的电磁波,同时也是一种粒子(光子)。

光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。 光的速度:光在真空中的速度为每秒|30万千米。

人类肉眼所能看到的可见光只是整个电磁波谱的一部分。电磁波之可见光谱范围大约为390~760nm(10-9m), 光分为人造光和自然光。

光源分冷光源和热光源; 光源:自身能够发光的物体称为光源。 冷光源:指发光不发热(或发很低温度的热)。

如萤火虫等; 热光源:指发光发热(必须是发高温度的热)。如太阳等; 有实验证明光就是电磁辐射,这部分电磁波的波长范围约在红光的0.77微米到紫光的0.39微米之间。

波长在0.77微米以上到1000微米左右的电磁波称为“红外线”。在0.39微米以下到0.04微米左右的称“紫外线”。

红外线和紫外线不能引起视觉,但可以用光学仪器或摄影方法去量度和探测这种发光物体的存在。所以在光学中光的概念也可以延伸到红外线和紫外线领域,甚至X射线均被认为是光,而可见光的光谱只是电磁光谱中的一部分。

光具有波粒二象性,即既可把光看作是一种频率很高的电磁波,也可把光看成是一个粒子,即光量子,简称光子。 光速取代了保存在巴黎国际计量局的铂制米原器被选作定义“米”的标准,并且约定光速严格等于299,792,458米/秒,此数值与当时的米的定义和秒的定义一致。

后来,随着实验精度的不断提高,光速的数值有所改变,米被定义为1/299,792,458秒内光通过的路程,光速用“c”来表示。 光是地球生命的来源之一。

光是人类生活的依据。光是人类认识外部世界的工具。

光是信息的理想载体或传播媒质。 据统计,人类感官收到外部世界的总信息中,至少90%以上通过眼睛…… 当一束光投射到物体上时,会发生反射、折射、干涉以及衍射等现象。

光线在均匀同等介质中沿直线传播。 光波,包括红外线,它们的波长比微波更短,频率更高,因此,从电通信中的微波通信向光通信方向发展,是一种自然的也是一种必然的趋势。

普通光:一般情况下,光由许多光子组成,在荧光(普通的太阳光、灯光、烛光等)中,光子与光子之间,毫无关联,即波长不一样、相位不一样,偏振方向不一样、传播方向不一样,就象是一支无组织、无纪律的光子部队,各光子都是散兵游勇,不能做到行动一致。 光反射时,反射角等于入射角,在同一平面,位于法线两边,且光路可逆行。

光线从一种介质斜射入另一种介质中,会产生折射。如果射入的介质密度大于原本光线所在介质密度,则入射角小于折射角。

反之,若小于,则入射角大于折射角。但入射角为0,则无论如何,折射角为零,不产生折射。

但光折射还在同种不均匀介质中产生,理论上可以从一个方向射入不产生折射,但因为分不清界线且一般分好几个层次又不是平面,故无论如何看都会产生折射。如从在岸上看平静的湖水的底部属于第一种折射,但看见海市蜃楼属于第二种折射。

凸透镜凹透镜这两种常见镜片所产生效果就是因为第一种折射。 激光——光学的新天地 激光光束中,所有光子都是相互关联的,即它们的频率(或波长)一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致。

激光就好像是一支纪律严明的光子部队,行动一致,因而有着极强的战斗力。这就是为什么许多事情激光能做,而阳光、灯光、烛光不能做的主要原因。

光的种类 光源可以分为三种。 第一种是热效应产生的光,太阳光就是很好的例子,此外蜡烛等物品也都一样,此类光随着温度的变化会改变颜色。

第二种是原子发光,荧光灯灯管内壁涂抹的荧光物质被电磁波能量激发而产生光,此外霓虹灯的原理也是一样。原子发光具有独自的基本色彩,所以彩色拍摄时我们需要进行相应的补正。

第三种是synchrotron发光,同时携带有强大的能量,原子炉发的光就是这种,但是我们在日常生活中几乎没有接触到这种光的机会,所以记住前两种就足够了。 光的色散 复色光分解为单色光的现象叫光的色散.牛顿在1666年最先利用三棱镜观察到光的色散,把白光分解为彩色光带(光谱).色散现象说明光在媒质中的速度(或折射率n=c/v)随光的频率而变.光的色散可以用三棱镜,衍射光栅,干涉仪等来实现. 白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种色光组成的叫做复色光。

红、橙、黄、绿等色光叫做单色光。 色散:复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。

色散可以利用棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器来实现。复色光进入棱镜后,由于它对各种频率的光具有不同折射率,各种色光的传播方向有不同程度的偏折,因而在离开棱镜时就各自分散,形成光谱。

dispersion of light 介质折射率随光波频率或真空中的波长而变的现象。当复色光在介质界面上折射时,介质对不同波长的光有不同的折射率,各色光因折射角不同而彼此分离。

1672年,牛顿利用三棱镜将太阳光分解成彩色光带,这是人们首次作的色散实验。通常用介质的折射率n或色散率dn/dλ与波长λ的关系来描述色散规律。

任何介质的色散均可分正常色散和反常色散两种。 复色光分解为单色光而形成光谱的现象.让一束白光射到玻璃棱镜上,光线经过棱。

2.我想知道所有关于光的知识

光的哈勃红移和引力红移。

哈勃红移和引力红移,不是在光源发出光时形成的,而都是在光传播过程中累积改变的,而且两者具有等效的原因——反向加速度对应的时空弯曲造成的。 哈勃红移情况,空间均匀膨胀,相对退后速度随距离增加,也即随时间增加,具有反向相对加速度。

引力红移情况,由强引力场到弱引力场,具有反向引力加速度。 在广义相对论下,两者具有等同的效应或成因——时空弯曲。

光沿时空弯曲切向运动,能量不变,但会因时空直线弯曲而被偏转;沿时空弯曲法向运动,能量会改变,但方向不变。 因为弯曲的时空与力场等效,所以前者等效于沿等势线运动,后者等效于在等势线间运动,于是前者位能不变,后者位能改变。

而因能量守恒,位能改变,会改变运动体的其他部分能量,于是光子能量(电磁能)改变。 红移情况,是光沿弯曲时空外法线方向(由高曲率向低曲率的方向)运动,光子能量降低。

等效于克服力场消耗自身能量。 光在均匀膨胀的空间运动,必然会产生哈勃红移。

光在引力场间运动,一般是偏转效应为主,而最终是红移还是蓝移看光源与受体处的引力场谁强谁弱。但发光天体的引力场都会大于地球的,所以地球观测的都附加引力红移。

光子能量降低,由光子能量公式E=hν(h是普朗克常数,ν是光子频率),得ν相应降低。而光速c=λν不变,ν降低,则波长λ变长,这就是红移。

而多普勒红移或蓝移,是指波源形成波过程时间间隔改变。 但光具有波粒二象性,发射光子是量子效应,对应粒子特性,所以光源与受体处的相对运动(距离改变的),会改变接收光子的时间间隔(距离改变,光速不变),即改变接收光强(单位时间内接收的光子数)。

但不会改变光子能量(对应量子能级差),即不改变频率(因光速不变波长也不变,即不变色)。 所以天体发光机制导致没有多普勒红移或蓝移。

3.光的有关知识

光的本质是一种能引起视觉的电磁波,同时也是一种粒子(光子)。

光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。 至于用途那就太多了,例如:太阳能电池;激光(及其能做的事情)…… 光污染首先破坏了幽美的城市夜空,使天文观测深受其害。

在一些光污染特别严重的大城市市内,天空中星星可见度只为2级。为此,国内外不少天文台只好被迫迁址。

而且光污染还使天文望远镜贬值,一台价值5亿元的4米口径的大型望远镜的使用价值变成只等于原来天空亮度背景下的价值2000万元的1米口径望远镜。 有的高功率泛光灯或路灯还能通过窗户,把室内映得通亮。

这种光污染使人昼夜不分,打乱了正常的生物节律,使人晚上难以入睡,或失眠。刺眼的路灯和沿途灯光广告及标志,还使汽车司机感到开车紧张。

此外,光污染对城市气候和环境、城市动植物生长都有一定的危害…… 光是由光速运动的光量子组成。人的视网膜接受光量子消耗一定能量产生刺激,刺激传递到视觉中枢就形成了视觉。

如不锈钢、玻璃、抛光石材、瓷砖、日常阅读的报刊书籍的洁白光滑纸张这些光反射系数较高的材质,光辐射往往超过人体适宜的承受标准,使人处于“强光弱色”的视觉环境中,一方面视觉功能受到一定程度的抑制,一方面又受到反射强光的不良刺激,导致对人眼的双重危害。 阳光对皮肤有害的光线,主要是中波紫外线。

它的能量很大。它可以射透皮肤内部,对人造成一系列损害,特易导致毛细血管充血,使 皮肤发红;还能破坏蛋白质,损伤真皮弹性纤维,使皮肤缺乏弹性。

我们知道,中波紫外线是通过大气中的臭氧层照射到地面的。当太阳处于斜射方向时,穿越大气臭氧层照射到地面上的中波紫外线最多、最强。

这段时间大约是在上午10点前和下午5点之后。尽量避开这面时间和太阳光对减轻和减少光危害有实际意义。

对大多数人来说,完全不晒太阳,不大可能。但尽量少晒是不难做到的。

可是,一旦沾上光敏物,即使只是短时接触日光,也可能发生反应,甚至强烈反应,使局部皮肤红肿、起丘疹、水肿,甚至发生血疱或皮肤坏死。 激光的危害包括光辐射、对视力损害、皮肤及周围组织的损害、化学物化、环境的危险因素、机器的危害性、高压电、噪音、低温制冷剂以及电源的调射线等因素造成的各种危害。

4.光的能量的相关知识

现代物理学光的粒子说认为,光是一种具有能量的粒子流,当物体受到光照射时,由于吸收了光子能量而产生的效应,称为光电效应。

普朗克的量子假说提出后的几年内,并未引起人们的兴 趣,爱因斯坦却 看到了它的重要性。他赞成能量子假说,并从中得到了重要启示:在现有的物理理论中,物体是由一个一个原子组成的,是不连续的,而光(电磁波)却是连续的。

在原子的不连续性和光波的连续性之间有深刻的矛盾。为了解释光电效应,1905年爱因斯坦在普朗克能量子假说的基础上提出了光量子假说。

爱因斯坦大胆假设:光和原子电子一样也具有粒子性,光就是以光速C运动着的粒子流,他把这种粒 子叫光量子。同普朗克的能量子一样,每个光量子的能量也是E=hν,根据相对论的质能关系式,每个光子的动量为p=E/c=h/λ。

1990's年代曾邦哲推 理(《结构论》) 如p=Mc,则E=P*C=Mc2质能转换公式。 列别捷夫(П.Н.Лебедев l866—1911)的光压实验证实了光的动量和能量的关系式。

根据光量子假说,爱因斯坦顺利地推出普朗克公式,并且还提出了一个光电效应公式。 光量子假说成功地解释了光电效应。

当紫外线这一类的波长较短的光线照射金属表面时,金属中便有 电子逸出,这种现象被称为光电效应。它是由赫兹(H.R.Hertz l857—1894)和勒纳德(P.Lenard l862—1947)发现的。

光电效应的实验表明:微弱的紫光能从金属表面打出电子,而很强的红光却不能打出电子,就是说光电效应的产生只取决于光的频率 而与光的强度无关。这个现象用光的波动说是解释不了的。

因为光的波动说认为光是一种波,它的能量是连续的,和光波的振幅即强度有关,而和光的频率即颜色无 关,如果微弱的紫光能从金属表面打出电子来,则很强的红光应更能打出电子来,而事实却与此相反。利用光量子假说可以圆满地解释光电效应。

按照光量子假说, 光是由光量子组成的,光的能量是不连续的,每个光量子的能量要达到一定数值才能克服电子的逸出功,从金属表面打出电子来。微弱的紫光虽然数目比较少,但是 每个光量子的能量却足够大,所以能从金属表面打出电子来;很强的红光,光量子的数目虽然很多,但每个光量子的能量不够大,不足以克服电子的逸出动,所以不 能打出电子来。

赫兹以自己的实验证实了电磁波的存在,宣告光的波动说的全胜,判处了光的微粒说的死刑,可是又 是他发现的光电效应导致了微粒说的复活。 从当时的观点看来光量子假说同光的干涉事实矛盾,许多物理学家不赞成光量子假说,就连普朗克也 抱怨说“太过分了”, 1907年他在写给爱因斯坦的信中说:“我为作用基光量子(光量子)所寻找的不是它在真空中的意义,而是它在吸收和发射地方的意义,并且我认为,真空中的 过程已由麦克斯韦方程作了精确的描述”。

直到1913年他还拒绝光量子假说。 美国物理学家米立肯(R.A.Millikan l868—1953)在电子和光电效应的研究方面做出了杰出的贡献。

他曾花费十年时间去做光电效应实验。最初他不相信光量子理论,企图以实验来否定它,但 实验的结果却同他最初的愿望相反。

1915年他宣告,他的实验证实了爱因斯坦光电效应公式。他根据光量子理论给出了h值的测定,与普朗克辐射公式给出的h 值符合得很好。

1922—1923年间,康普敦(A.H.Compton l892—1962)研究了X射线经金属或石墨等物质散射后的光谱。根据古典电磁波理论,入射波长应与散射波长相等,而康普敦的实验却发现,除有波长不变 的散射外,还有大于入射波长的散射存在,这种改变波长的散射称为康普敦效应。

光的波动说无论如何也不能解释这种效应,而光量子假说却能成功地解释它。按照 光量子理论,入射X射线是光子束,光子同散射体中的自由电子碰撞时,将把自己的一部分能量给了电子,由于散射后的光子能量减少了,从而使光子的频率减小, 波长变大。

因此,康普敦效应的发现,有力地证实了光量子假说。 爱因斯坦的光量子假说发展了普朗克所开创的量子理论。

在普朗克的理论中,还是坚持电磁波在本质 上是连续的,只是假定当它们与器壁振子发生能量交换时电磁能量才显示出量子性。爱因斯坦对旧理论不是采取改良的态度,而是要求弄清事物的本质彻底解决问 题,他看出量子不是一个成功的数学公式,而是揭露光的本质的手段。

他克服了普朗克量子假说的不彻底性,把量子性从辐射的机制引伸到光的本身上,认为光本身 也是不连续的,光不仅在吸收和发射时是量子化的,而且光的传播本身也是量子化的。爱因斯坦的光量子假 说恢复了光的粒子性,使人们终于认清了光的波粒双重性格,而且在它的启发下,发现了德布罗意物质波,使人们认清了微观世界的波粒二象性,为后来量子力学的 建立奠定了基础。

关于光的基础知识

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