光产生传播和实验
人类之所以能创造和发展出文明,就是因为我们敢于探索周围的环境。我们大胆地探索地理环境,征服了海洋、山脉和荒漠。我们编纂了世界地图,对生物、岩石和化石进行编目分类。同时,我们开始以科学的方式探索环境,试图知道万物的起源、组成、分子结构和演变过程。我们研究哲学,思考宇宙和万物的存在。那么让我们来看看光是如何形成的。1.光的产生
光的本质是一种处于特定频段的光子流。光源发出光,是因为光源中的电子获得额外能量。如果能量不足以使其跃迁到更外层的轨道,电子就会进行加速运动,并以波的形式释放能量。
光通过棱镜
光的产生可以分为三类:第一类是热效应产生的光。太阳光就是很好的例子,因为周围环境比太阳温度低,为了达到热平衡,太阳会一直以电磁波的形式释放能量,直到周围的温度和它一样;第二类是原子跃迁发光,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特征谱线,科学家经常利用这个原理鉴别元素种类;第三类是物质内部带电粒子加速运动时所产生的光,譬如,同步加速器工作时发出的同步辐射光,同时携带有强大的能量,另外,原子炉发出的淡蓝色微光也属于这种。2.光的传播
光是辐射,是电磁波,是光子束,是能量,是质量。光源发出光,是因为光源中电子获得额外能量。如果能量不足以使其跃迁到更外层的轨道,电子就会进行加速运动,并以波的形式释放能量;反之,电子跃迁。如果跃迁之后刚好填补了所在轨道的空位,从激发态到达稳定态,电子就不动了;反之,电子会再次跃迁回之前的轨道,并且以波的形式释放能量。简单地说,光是沿射线传播的,光的传播也不需要任何介质,因为电磁波的传播不需要介质。但是,光在介质中传播时,由于光受到介质的相互作用,其传播路径遇到光滑的物体会发生偏折,产生反射与折射的现象。另外,根据广义相对论,光在大质量物体附近传播时,由于受到该物体强引力场的影响,光的传播路径也会发生相应的偏折。3.有关光的实验
我们可以从"杨氏双缝实验"中得知,光是一种波,因为光波在通过两条平行的缝隙后发生了自我干涉,波峰与波峰相遇的地方亮度就会增强,波峰与波谷相遇,亮度就会减弱,于是就出现了明暗相间的条纹。1887年,赫兹发现光电效应,爱因斯坦给出了合理解释,按照粒子说,光是由一份一份不连续的光子组成,当某一光子照射到对光灵敏的物质上时,它的能量可以被该物质中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量后,动能立刻增加;如果动能增大到足以克服原子核对它的引力,就能在十亿分之一秒时间内飞逸出金属表面,成为光电子,形成光电流。单位时间内,入射光子的数量愈大,飞逸出的光电子就愈多,光电流也就愈强,这种由光能变成电能自动放电的现象,就叫光电效应。
[1] 茜尔维·沃克莱尔.与宇宙对话[M]. 北京联合出版社,2019.PP.145-148
2120213176 徐研 (指导教师闻新)
2022年5月4日
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