光的傳播

光的傳播

光沿直線傳播的前提是在同種均勻介質中。光的直線傳播不僅是在均勻介質,而且必須是同種介質。可以簡稱為光的直線傳播,而不能為光沿直線傳播。光在兩種均勻介質的接觸面上是要發生折射的,此時光就不是直線傳播了。

用波動學解釋光的傳播:傳播途中每一點都是一個次波點源,發射的是球面波,對光源面(一個有限半徑的面積)發出的所有球面波積分,當光源面遠大于波長時結果近似為等面積、同方向的柱體,即表現為直線傳播,實際上也有發散(理想雷射除外)。比如手電發出的光有很明顯的發散。光的亮度越強大,離照明參照物越近,光的單色性越好,發散越不明顯。當光源半徑與波長可比擬時積分時的近似條件不成立,積分結果趨向球面波,即表現為衍射

光是直線傳播(均勻介質中)的,但當光遇到另一介質(均勻介質)時方向會發生改變,改變後依然緣直線傳播。而在非均勻介質中,光一般是按曲線傳播的。以上光的傳播路徑都可以通過費馬原理來確定。光是沿前後左右上下各個方向傳播的,光的亮度越亮,越不明顯看出,當光亮度較暗時,由發光體到照明參照物的光會擴大,距離越遠,擴散的越大,由最初的形狀擴散到消失為止,而當發光體離照明參照物零距離時,光的形狀是發光體真正的形狀大小,所以光傳播的方向與光的亮度、光與照明參照物的距離有關。

  • 中文名稱
    光的傳播
  • 頻率
    3.9×1014——7.6×1014HZ之間
  • 種類
    可見光,不可見光
  • 知識
    國中

基本介紹

光通常指可見光,即指能刺激人的視覺的電磁波,它的頻率範圍為:3.9×1014——7.6×1014赫之間。這隻是整個電磁波譜中範圍極小的一部分。在更廣泛的意義上講,光應包括頻率低于3.9×1014赫的紅外線和頻率高于7.6×1014 赫茲的紫外線。

光的傳播

熱輻射光源是利用熱輻射來發光的。由熱輻射理論可知,溫度越高,發光效率也越高。白熾燈是愛迪生于1879年首先試製成功的。他選擇熔點高的碳做材料,製成碳絲,密封在抽成真空的玻璃管內,通以電流,碳絲就發熱發光。由于碳易揮發,工作溫度不能超過2100K。後來,選用熔點稍低于碳,但不易揮發的鎢做材料,工作溫度可達2400K,從而提高了發光效率。現代熱輻射的新光源有碘鎢燈、溴鎢燈,發光效率還要高。

氣體放電光源是利用電子兩電極間加速運行時,與氣體原子碰撞,被撞的氣體原子受激,把吸收的電子動能又以輻射發光形式釋放出來,這叫做電致發光。不同氣體受激發光的頻率不同,利用這點可製成各種顏色的霓虹燈。

有的氣體放電光源,玻璃管中充的氣體受激發射的是不可見光。如水銀蒸氣在電場中受激發射的就是紫外線。我們可在玻璃管內壁上塗熒光粉,紫外線射到熒光粉上,再激發出可見光來,日光燈就是採用這一原理製成的。日光燈是電致發光和光致發光的綜合,它的發光效率比白熾燈好,但顯色性不好。現代新型的氣體放電照明光源有低壓鈉燈、高壓鈉燈等。

光源按發光原理分,除熱輻射發光、電致發光、光致發光外,還有化學發光、生物發光等。化學發光是在化學反應中以傳熱發光形式釋放其反應能量時發射的光;生物發光是在生物體內由于生命過程中的變化所產生的發光,如螢火蟲體內的螢光素在螢光素酶作用下與空氣發生氧化反應而發光。

傳播規律

光在同種均勻介質中沿直線傳播。小孔成像日食月食還有影子的形成都證明了這一事實。

撇開光的波動本性,以光的直線傳播為基礎,研究光在介質中的傳播及物體成像規律的學科,稱為幾何光學。在幾何光學中,以一條有箭頭的幾何線代表光的傳播方向,叫做光線。幾何光學把物體看作無數物點的組合(在近似情況下,也可用物點表示物體),由物點發出的光束,看作是無數幾何光線的集合,光線的方向代表光能的傳遞方向。

這些概念顯然與光的波動本性相違背,但是如果我們所討論的研究對象的尺寸遠遠大于光的波長,而它的細微結構也不必十分嚴密考慮的情況下,由幾何光學得出的結論還是很好的近似。(套用波動光學,可以得到光的傳播問題的嚴密的解),由于幾何光學方法簡捷,在解決光學技術問題中,經常用到它。

幾何光學中光的傳播規律有三:(1)光的直線傳播規律已如上述。大地測量也是以此為依據的。(2)光的獨立傳播規律兩束光在傳播過程中相遇時互不幹擾,仍按各自途徑繼續傳播,當兩束光會聚同一點時,在該點上的光能量是簡單相加。(3)光的反射折射定律。光傳播途中遇到兩種不同介質的分介面時,一部分反射,一部分折射。反射光線遵循反射定律,折射光線遵循折射定律。

光速介紹

光(電磁波)在真空中的傳播速度。目前公認值為C=299 792 458 米/秒(精確值)

一般四舍五入為3x10⑻米/秒,是最重要的物理常數之一。

17世紀以前,天文學家和物理學家認為光速是無限大的,宇宙恆星發出的光都是瞬時到達地球。伽利略首先對此提出懷疑,他于1607年在兩山頂間做實驗測光速,由于光速太大而實驗裝置又太粗糙,未獲成功。1676年丹麥天文學家羅默,利用天文觀測,首次測量了光速。1849年法國科學家斐索在實驗室裏,用巧妙的裝置首次在地面上成功地測出了光速。1973年美國標準局的埃文森採用雷射方法利用頻率和波和測定光速為(299792 485+1.2)米/秒。經1975年第15屆國際計量大會確認,上述光速作為國際推薦值使用。1983年第17屆國際計量大會上通過米的新定義為“真空”中光在1/299 792 458秒時間間隔內行程的長度。

這樣,光速已成為定義值,它的精確度為零。今後也無需再做精密測量了。而長度單位米、時間單位秒是通過這個定義值直接聯系的。

狹義相對論的基本原理之一是光速不變原理。這與光速定義為一固定值是相一致的。不過迄今還有人仍在檢驗在更高的精確度下,光速究竟是否恆定。

除真空外,光能通過的物質叫做(光)介質,光在介質中傳播的速度小于在真空中傳播的速度,在水中的速度:2.25×10^8m/s光在玻璃中的速度:2.0×10^8m/s 光在冰中的速度:2.30×10^8m/s 光在空氣中的速度:3.0×10^8m/s 光在酒精中的速度:2.2×10^8m/s。

光的作用

生活在深海裏的角鯊,能夠發出一種燦爛的淺綠色光亮。太平洋西岸的淺海裏,有一種屬于蟾魚科的集群性小魚,它的身體兩側各生有大約300個發光器能發出奇異的光彩。在昂琉群島和新加坡島附近的海裏,有一種小寶鈺魚,它的發光器官分布在消化道周圍,由于魚鰾的反射,這種魚就像看不到鎢絲的乳白電燈。 馬來亞淺海有一種燈鱸魚,能發出白中帶綠的亮光,很像月光反射在波浪上;此處的另一種燈眼魚,能發出星狀的光亮,看起來好像落在水裏的星星。

魚類所發出的光是沒有熱量的,是冷光,也叫動物光。它們發光的目的各不相同。魚安魚康魚發光是為了招引異性;松球魚遇敵侵擾時,會發出"光幕",用來迷惑敵人,嚇唬敵人,警告同類。更多魚類的發光,是為了照明,以便在漆黑的海水深處尋覓食物。

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