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光-可见频谱-光速-光速减慢-波长与频率-光沿直线传播

时间:2020-11-13 15:03:49

  我们用光来看!可见光是电磁频谱里我们眼睛可以看见的部分:

20201113143006.png

只是全频谱的一小部分,查看全面请点击图片?

  可见频谱
  可见光:大部分人类眼睛可以看到的波长。

主要颜色顺序是:"红橙黄绿蓝靛紫"

20201113144850.png

  就像这美丽的天虹:

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  光的波长大约是从 380 nm 750 nm  nm 就是纳米,十亿分之一米。例子:红光的波长大约是 700个十亿分之一米。很小!

  没有公认的绝对范围分界,以下是个粗略指南:

20201113145042.png

  红光的频率大约是 400 THz(紫光大约是 THz)

  THz 是英语 teraHertz 的简写,中文叫太赫兹,就是一万亿周每秒

  所以红光差不多每秒振动 400万亿次。很快!

  高频率(短波长)就有高能量:

  红光有较低频率,较长波长和较少能量
  蓝光有较高频率,较短波长和较多能量

20201113145142.png

  光速
  光在真空里以差不多 300,000,000米每秒的速度传播(精确值是:299,792,458&米每秒)。

  即是每秒 3亿米,或:

  3 × 108米每秒
  300,000千米每秒
  186,000英里每秒

  在这个速度光走了:

距离   时间
1米   3.3纳秒(33亿分之一秒)
环绕地球赤道一周   134毫秒(134个千分之一秒)
从地球到月球   1.3秒
太阳表面到地球   大约 8分钟

  光速很快,但仍然需要大约 8分钟从太阳表面传播到地球。

  真空光速的符号是英语小写字母 cc = 300,000,000米每秒

  光速可以减慢
  我们其实不应该叫这个速度为光速,因为整个电磁频谱的辐射的速度都是一样的:无线电波、微波、X射线等等。(叫 "电磁 速"更合适!)

  光也只在真空里才是这个速度!它可以慢下来……

传导体 速度
百万米每秒
真空 300
228
225
220
玻璃 205
橄榄油 204
钻石 123

  波长与频率是有关联的:

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  在真空里,速度殊速:3 × 108米每秒

  我们来看一个简单的例子(不殊的波长):

  想想一个很长的波长:75,000千米

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频率 = 300,000千米每秒75,000千米

频率 = 4/秒

= 4赫兹

  300,000千米只可以容纳 4个波长,所以每秒只振动 4次。频率是 4赫兹(4每秒)

 例子:蓝光的波长大约四 480纳米(480 × 10-9米)

  所以频率是:

频率 = 3 × 108米每秒480 × 10-9

频率 = 6.25 × 1014 每秒

= 6.25 × 1014赫兹

  即是 625太赫兹

  光沿直线传播
  光沿直线转播,直至碰到物体(或者路线道被不同的密度或引力改变).

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阳光横过道路照耀。影子也显示了光是沿直线传播的。

20201113145637.png


这个光束稍为散开,也被空气散射了。

20201113145707.png

激光束在空中绘画直线。

  波
  光有波的属性,可以:

20201113145752.png


  反射(反弹),
  散射(向所有方向反弹),
  折射(改变速度和方向)
  衍射(弯散穿过缺口)
  传播(直接穿过)
  或被吸收

  光子
  光也有能量粒子的属性,叫光子。

  我们可以测量光子的位置和动量。
  光子没有质量,但每个光子有基于其频率(振动每秒)的特定能量,每个光子有个波长,所以光子像个粒子,但也像个波。这个现象叫 "波粒二象性"。T

  强度
 
  强度师率每面积,单位通常是瓦特每平方米:
强度 = W/m2

  例子:太阳照在 100平方米的小房子上
  每平方米大约从阳光得到 150 到 300瓦特的能量。

  我们用小的值:强度 = 150瓦特每平方米

  在整个屋顶的功率是多少?

  功率 = 150瓦特每平方米 × 100平方米      功率 = 15,000瓦特

  所以一座小房子的屋顶大约得到 15千瓦特,是一个家庭需要的几倍。但是,只有在晴天时才是这样,并且一般太阳能电池板只能保存大约 20%的能量,无论如何,太阳其实给地球很多能量的。

  反平方

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 反平方:当一个值随另一个值的平方减小。


  例子:光与距离
  离光越远,光就越暗.

20201113150152.png

  光度随着距离的平方减小,因为光向每个方向散开:

  在双倍距离的能量散开到 4倍的面积
  在三倍距离的能量散开到 9倍的面积
  依此类推

  偏振
  光通常可以向任何垂直于传播路線的方向振动。

  但偏振光只在一个平面振动:

20201113150241.png

从像水及玻璃的平面反射会使光局部偏振化。

  偏振镜片可以挡住那个平面的光来减少反射光,使得比较容易看进水里:

20201113150314.png

偏振镜片

 



 

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