導讀:之後的幾章內容, 我會分別為大家講關於光學知道的科普, 並提出一些問題。 歡迎探討。 這一章來將光的反射和折射。 這是最基本的。 開頭問大家一個問題:絕對的全反射存在嗎??
第一章:像夸父追日一樣, 我們追光, 是為了得到光明!
夸父追日是一個傳說, 但表達了人類勇敢的探索精神。 誇父的結局不太美, 但我們人類“追日”的成果很美。 是的, 在黑暗的宇宙空間中, 我們需要更多的光, 來照亮我們的前路。
今天這篇文章, 就是關於光的。 我在猜想對光的所有實驗的總結, 會得到一個什麼推理或猜想。
關於光的研究, 可以追溯到幾百年前。 但我要例舉的這些實驗其實距離我們並不遠。 一起來看看吧。
首先我要說的是, 關於光的認識我們最先是研究光的反射, 折射, 運動速度等現象, 後來由麥克斯韋統一了電磁學後,
所以對於的光的本質認識, 是我們人類必須克服的難題。 直到現在光的速度, 光的品質, 光的波粒二象性等都還是人類津津樂道的話題, 也是科學家還在不斷深入研究的物件。
現代物理學的兩大支柱相對論和量子力學, 哪一個都不能缺少光。 有的人甚至說只要把光【電磁波】的本質研究到位, 宏觀的, 量子的問題都能迎刃而解;還有人說光就是破解宇宙的密碼。 不管怎麼樣, 我們先走進光的神奇世界,
1、光的反射.
關於光的反射, 可以說是我們最早就開始研究的內容。 光射到兩種不同的介質時, 便有部分光自介面射回原介質中的現象, 稱為光的反射。
大概有這麼三種反射情況:反射光線與入射光線、法線在同一平面上;反射光線和入射光線分居在法線的兩側;反射角等於入射角 。
還有我們初中就知道了, 光的反射分為鏡面反射, 漫反射, 方向反射。
方向反射是介於漫反射和鏡面反射之間反射稱為方向反射,
2、光的折射
光從一種透明介質斜射入另一種透明介質時, 傳播方向一般會發生變化, 這種現象叫光的折射。
理解:光的折射與光的反射一樣都是發生在兩種介質的交界處, 只是反射光返回原介質中, 而折射光則進入到另一種介質中, 由於光在兩種不同的物質裡傳播速度不同, 故在兩種介質的交界處傳播方向發生變化, 這就是光的折射。
光的折射和介質的折射率有關。折射率定義:光從真空射入介質發生折射時,光在發生折射時入射角與折射角符合斯涅爾定律。即入射角i與折射角r的正弦之比n叫做介質的“絕對折射率”,簡稱“折射率”。
公式:n=sini/sinr,這條公式被稱為斯涅爾公式。
同一介質對不同波長的光,具有不同的折射率。可見光折射率通常隨著波長的減小而增大,即紅光最小、紫光最大。
接下來我們來說說光的全反射。從光密介質進入光疏介質時入射角增大到某臨界角時,會產生全反射。
臨界角公式為
(n2為圖1中n',n1為圖1中n)。
(C為臨界角)當光射到兩種介質介面,只產生反射而不產生折射的現象.當光由光密介質射向光疏介質時,折射角將大於入射角。當入射角增大到某一數值時,折射角將達到90°,這時在光疏介質中將不出現折射光線,只要入射角大於或等於上述數值時,均不再存在折射現象,這就是全反射.所以產生全反
全反射
射的條件是:①光必須由光密介質射向光疏介質;②入射角必須大於或等於臨界角(C)。
所謂光密介質和光疏介質是相對的。兩物質相比,折射率較小的,光速在其中較快的,就為光疏介質;折射率較大的,光速在其中較慢的,就為光密介質。例如,水折射率大於空氣,所以相對於空氣而言,水就是光密介質;而玻璃的折射率比水大,所以相對於玻璃而言,水就是光疏介質。
臨界角是折射角為90度時對應的入射角(只有光線從光密介質進入光疏介質且入射角大於或等於臨界角時,才會發生全反射。)
上面這些內容,知識是我們初中就學習的內容,教科書更多的是從宏觀角度去教我們認識光的。可是這本書名字叫《見微知著》,是從量子角度來認識世界的。所以我們有必要從量子角度來理解光的反射和折射。
首先我們應該知道光的本質是一種電磁波。人眼可以看見的電磁波。
光波是一種高頻的電磁輻射。光波與介面原子分子發生相互作用導致其傳播方向的改變、相位及偏振變化,以及能量和能流的重新分配。這就是反射和折射的本質。
在現實生活中,我們就常見到是的漫反射。可是上面我們介紹了反射和全反射。反射是存在的,全反射存在嗎??
其實在我看來,絕對意義上的全反射是不存在的。有以下幾點原因。
一、介面的“光滑”不絕對,也就是沒有絕對光滑的介面。也就是說任何介面是有摩擦力的,都是凹凸不平的。那麼根據菲涅耳和惠更斯的波動說,次波在P點處所引起的振動的振幅與r成反比。 這相當於表明次波是球面波。光粒子就難免會被漫反射。
二、真空不空,光的所攜帶的能量,在傳播過程中不能保證不損失。
三、光是量子的光,與介面接觸,不能保證不被介面吸收能量,或者折射部分光粒子。比如太陽光照到我們人身上的時候,一部分光穿過人的身體而去,一部被人體吸收,還有一部分被漫反射回空氣中。
所以真正意義上的全反射,全折射都是不存在的。
摘自獨立學者,詩人,作家,國學起名師靈遁者量子物理科普書籍《見微知著》
見微知著書籍完整目錄:
見微知著1
——靈遁者1
序言:3
第一章 :上帝讓人類擲骰子8
第二章 :從EPR悖論,到貝爾不等式21
第三章 :“宏觀”物理學的探索史,是你無法想像的美!34
第四章 :“量子”物理學的探索史,它的恢宏值得敬畏!87
第五章 :像夸父追日一樣,我們追光,是為了得到光明!137
第六章:光的色散,牛頓發現但完成的不夠究竟!143
第七章:光電效應屬於愛因斯坦的桂冠158
第八章:光的干涉,讓我們記住了湯瑪斯·楊!172
第九章:光的衍射,最考驗人類的想像!190
第十章:光的偏振,你要多看兩遍才能懂!204
第十一章:費馬原理以及光的頻率,相位知識。216
第十二章:邁克爾遜-莫雷光學實驗,影響至今!223
第十三章:光的本質和光的傳播,助你開悟!241
第十四章 :粒子的世界,五彩紛呈,但我並不迷惑!263
第十五章 :玻色—愛因斯坦統計,開始被認為是錯誤!276
第十六章 :費米—狄拉克統計,代表著最純淨的靈魂!291
第十七章 :不確性原理,開啟了一種新思維!309
第十八章 :如果費米子不遵從泡利不相容原理,人類將不可能出現!324
第十九章 :粒子的自旋——是你不能想像的事情!343
第二十章 :關於波粒二象性的深層內涵說明357
第二十一章 :互補原理,是這個世界對我們的深情呵護!378
第二十二章:玻色—愛因斯坦凝聚態,世界不是你想像的那樣395
第二十三章:費米子凝聚態,原本大家認為不可能!414
第二十四章:希格斯玻色子,讓一切重起來!422
第二十五章:希格斯機制與希格斯場,是一場風暴!456
第二十六章:虛粒子,只是不僅僅是我們沒有看到的粒子而已!473
第二十七章:反粒子,反物質與我們而言並不遙遠!483
第二十八章:輻射和電磁場,電磁波的關係說明497
第二十九章:關於楊—米爾斯理論,有100萬的獎金等著你!508
第三十章:定域規範不變性,是大統一理論的前提條件!519
第三十一章:從宇稱守恆到宇稱不守恆,我們時刻在突破!526
第三十二章:塞曼效應和斯塔克效應,推動了量子力學的發展!552
第三十三章:自發對稱破缺與南部—戈德斯通定理,開啟了希格斯機制的大門!568
第三十四章:色荷是一種性質,耦合是一種相互作用。580
第三十五章:粒子世界的紛繁變化,讓我們目瞪口呆!588
第三十六章:簡並和重整化,都是為了讓我們更接近真相!614
第三十七章:漸進自由是量子場論中珠峰,還需要人攀爬!627
第三十八章:人類認識微觀世界的歷程與漸近自由的發現635
第三十九章:量子力學體系,標準模型到底講了什麼?650
第四十章:拉格朗日方程,拉格朗日體系,你一定聽過。670
第四十一章:薛定諤的貓是不存在的!683
第四十二章:真空極化,是一座溝通量子與相對論的橋樑698
第四十三章:量子糾纏現象,得從量子糾纏機制去說!703
第四十四章:超弦理論,弦理論還只是停留在紙上的理論723
第四十五章:M理論和F理論基本資訊介紹734
第四十六章:量子力學本質,你思考過這個問題嗎?743
光的折射和介質的折射率有關。折射率定義:光從真空射入介質發生折射時,光在發生折射時入射角與折射角符合斯涅爾定律。即入射角i與折射角r的正弦之比n叫做介質的“絕對折射率”,簡稱“折射率”。
公式:n=sini/sinr,這條公式被稱為斯涅爾公式。
同一介質對不同波長的光,具有不同的折射率。可見光折射率通常隨著波長的減小而增大,即紅光最小、紫光最大。
接下來我們來說說光的全反射。從光密介質進入光疏介質時入射角增大到某臨界角時,會產生全反射。
臨界角公式為
(n2為圖1中n',n1為圖1中n)。
(C為臨界角)當光射到兩種介質介面,只產生反射而不產生折射的現象.當光由光密介質射向光疏介質時,折射角將大於入射角。當入射角增大到某一數值時,折射角將達到90°,這時在光疏介質中將不出現折射光線,只要入射角大於或等於上述數值時,均不再存在折射現象,這就是全反射.所以產生全反
全反射
射的條件是:①光必須由光密介質射向光疏介質;②入射角必須大於或等於臨界角(C)。
所謂光密介質和光疏介質是相對的。兩物質相比,折射率較小的,光速在其中較快的,就為光疏介質;折射率較大的,光速在其中較慢的,就為光密介質。例如,水折射率大於空氣,所以相對於空氣而言,水就是光密介質;而玻璃的折射率比水大,所以相對於玻璃而言,水就是光疏介質。
臨界角是折射角為90度時對應的入射角(只有光線從光密介質進入光疏介質且入射角大於或等於臨界角時,才會發生全反射。)
上面這些內容,知識是我們初中就學習的內容,教科書更多的是從宏觀角度去教我們認識光的。可是這本書名字叫《見微知著》,是從量子角度來認識世界的。所以我們有必要從量子角度來理解光的反射和折射。
首先我們應該知道光的本質是一種電磁波。人眼可以看見的電磁波。
光波是一種高頻的電磁輻射。光波與介面原子分子發生相互作用導致其傳播方向的改變、相位及偏振變化,以及能量和能流的重新分配。這就是反射和折射的本質。
在現實生活中,我們就常見到是的漫反射。可是上面我們介紹了反射和全反射。反射是存在的,全反射存在嗎??
其實在我看來,絕對意義上的全反射是不存在的。有以下幾點原因。
一、介面的“光滑”不絕對,也就是沒有絕對光滑的介面。也就是說任何介面是有摩擦力的,都是凹凸不平的。那麼根據菲涅耳和惠更斯的波動說,次波在P點處所引起的振動的振幅與r成反比。 這相當於表明次波是球面波。光粒子就難免會被漫反射。
二、真空不空,光的所攜帶的能量,在傳播過程中不能保證不損失。
三、光是量子的光,與介面接觸,不能保證不被介面吸收能量,或者折射部分光粒子。比如太陽光照到我們人身上的時候,一部分光穿過人的身體而去,一部被人體吸收,還有一部分被漫反射回空氣中。
所以真正意義上的全反射,全折射都是不存在的。
摘自獨立學者,詩人,作家,國學起名師靈遁者量子物理科普書籍《見微知著》
見微知著書籍完整目錄:
見微知著1
——靈遁者1
序言:3
第一章 :上帝讓人類擲骰子8
第二章 :從EPR悖論,到貝爾不等式21
第三章 :“宏觀”物理學的探索史,是你無法想像的美!34
第四章 :“量子”物理學的探索史,它的恢宏值得敬畏!87
第五章 :像夸父追日一樣,我們追光,是為了得到光明!137
第六章:光的色散,牛頓發現但完成的不夠究竟!143
第七章:光電效應屬於愛因斯坦的桂冠158
第八章:光的干涉,讓我們記住了湯瑪斯·楊!172
第九章:光的衍射,最考驗人類的想像!190
第十章:光的偏振,你要多看兩遍才能懂!204
第十一章:費馬原理以及光的頻率,相位知識。216
第十二章:邁克爾遜-莫雷光學實驗,影響至今!223
第十三章:光的本質和光的傳播,助你開悟!241
第十四章 :粒子的世界,五彩紛呈,但我並不迷惑!263
第十五章 :玻色—愛因斯坦統計,開始被認為是錯誤!276
第十六章 :費米—狄拉克統計,代表著最純淨的靈魂!291
第十七章 :不確性原理,開啟了一種新思維!309
第十八章 :如果費米子不遵從泡利不相容原理,人類將不可能出現!324
第十九章 :粒子的自旋——是你不能想像的事情!343
第二十章 :關於波粒二象性的深層內涵說明357
第二十一章 :互補原理,是這個世界對我們的深情呵護!378
第二十二章:玻色—愛因斯坦凝聚態,世界不是你想像的那樣395
第二十三章:費米子凝聚態,原本大家認為不可能!414
第二十四章:希格斯玻色子,讓一切重起來!422
第二十五章:希格斯機制與希格斯場,是一場風暴!456
第二十六章:虛粒子,只是不僅僅是我們沒有看到的粒子而已!473
第二十七章:反粒子,反物質與我們而言並不遙遠!483
第二十八章:輻射和電磁場,電磁波的關係說明497
第二十九章:關於楊—米爾斯理論,有100萬的獎金等著你!508
第三十章:定域規範不變性,是大統一理論的前提條件!519
第三十一章:從宇稱守恆到宇稱不守恆,我們時刻在突破!526
第三十二章:塞曼效應和斯塔克效應,推動了量子力學的發展!552
第三十三章:自發對稱破缺與南部—戈德斯通定理,開啟了希格斯機制的大門!568
第三十四章:色荷是一種性質,耦合是一種相互作用。580
第三十五章:粒子世界的紛繁變化,讓我們目瞪口呆!588
第三十六章:簡並和重整化,都是為了讓我們更接近真相!614
第三十七章:漸進自由是量子場論中珠峰,還需要人攀爬!627
第三十八章:人類認識微觀世界的歷程與漸近自由的發現635
第三十九章:量子力學體系,標準模型到底講了什麼?650
第四十章:拉格朗日方程,拉格朗日體系,你一定聽過。670
第四十一章:薛定諤的貓是不存在的!683
第四十二章:真空極化,是一座溝通量子與相對論的橋樑698
第四十三章:量子糾纏現象,得從量子糾纏機制去說!703
第四十四章:超弦理論,弦理論還只是停留在紙上的理論723
第四十五章:M理論和F理論基本資訊介紹734
第四十六章:量子力學本質,你思考過這個問題嗎?743