火车网

光和物质的相互作用 光本质上是什么

天气资讯更新时间:2024-05-15 16:51:05

导语:光和物质的相互作用是什么?光和物质的相互作用一直是自然界中令人好奇的问题,从日常生活中的折射、折射现象,到科学实验室中的光谱分析和物质结构研究,光与物质之间的关系无处不在,深刻影响着我们的生活和科技发展,那么接下来就去看看光本质上是什么吧!

光和物质的相互作用

白色的太阳光(可见光)与大气相互作用在天空中产生了无数光学现象,我们讲到光的某些性质和它们是以何种方式表现出来的,比如蓝色的天空、红色的落日等。将考察其他一些太阳光与大气中的气体、冰晶和水滴的相互作用而产生的光学现象,我们将从光线与物质相互作用的基本方式反射与折射开始。

反射

光线传输是以匀速沿直线从太阳向地球运行的。然而,当光线遇到透明物质时,如水体,一部分会被表面返回去,另一部分则会以较慢的速度穿过物质。从表面返回的光就是被反射的光。反射光可以使你在镜子中看到自己,在镜子中看到的影像就是你对着镜子时反射你的光线产生的,光线从镀银或镀铝的镜子反射到你的眼睛。

当光线被反射时,光线是以到达反射面相同的角度从反射面返回的,这一原理称为反射定律。该定律指出入射光线相对于垂直入射面直线的角度与光线的反射角相等。在光滑的高反射面,如镜子,大约90%的平行入射光会以平行光离开反射面。但是当光线遇到稍微不规则的表面时,光线则会向多个方向反射,这种情况称为漫反射。即使有些像这本书的页面一样光滑的表面,其实也足够粗糙可以向所有的方向散射光线。这种类型的反射使得我们几乎可以从任何角度来阅读印刷品。

正是漫反射可以使我们看到周围的绝大多数物体。当光从一个非常粗糙的表面反射时,你所看到的图像一般是变形的,或者是多个图像。例如,从有波浪的海面看到的反射的太阳图像不是一个圆盘而是一个狭长的带状。因为你所看到的不是太阳的单个图像,而是一个光源的多个变形图像。之所以产生这样一个明亮的光带是因为照射到每个波浪上的太阳光只有一部分能够反射到观察者的眼睛。我们讨论的光学现象十分重要的另一类反射称为内反射。当光线在透明介质,如水中传播到达对面的表面被反射回同一透明介质时就会发生内反射。很容易验证这一现象:拿一玻璃杯水举过头顶,通过水向上看,可以透过水看得很清楚,因为当光线垂直到达透明介质表面时只有非常少的内反射发生;继续保持水杯高于头顶向下移动使你能够在某一角度通过水杯观察,此时水表面的下面就像一个镀银的镜子。你这时看到的就是内反射,它发生在光线以大于48°入射角到达表面时。内反射在诸如彩虹等光学现象的形成中具有重要作用。

折射

当光线进入透明介质时,未反射的部分会透过介质并产生另一种众所周知的折射效应。折射是光线在倾斜地从一种透明介质进入另一种透明介质时所发生的方向改变现象。在真空中,光线以光速(3.03×10l°厘米/秒)传播,而在空气中传播时速度稍慢一点。但是在诸如水、冰或玻璃中传播的速度就要慢很多。当光线在以不是90°的角度进入透明介质时,光线就会发生弯曲。折射可以通过观察玩具车从光滑地板进入地毯的实验来演示。

当玩具车以90°的角度从地板进入地毯时,虽然速度会变慢但方向不会改变;但是若玩具车的前轮以不是90°的角度接触到地毯时,不但速度变慢而且方向也会发生改变。在这个模拟实验中,之所以方向会发生变化,是因为当玩具车的一个前轮已经先接触到地毯开始变慢时,另一前轮仍在光滑的地板上保持原速前进,结果就使玩具车突然转向。现在想象以玩具车的路径代表光线的路径,光滑地板和地毯分别代表空气和水。当光线进入水时速度变慢,而它的路径却向垂直于水面的垂直延伸线方向偏;如果光线是从水进入空气的,则偏转方向正好相反——偏离垂直线。

阳光

折射还可以通过将一支铅笔一半插入盛水的玻璃杯中来验证,观察倾斜的铅笔,与水面不要成90°的角。当我们向下看铅笔时,其显示的点要比实际的点离水面更近。这是因为我们的大脑感知到光线的是按虚线表示的直线路径而不是沿着实际弯曲的路径。因为所有来自水下铅笔部分的光线都同样地被弯曲,所以铅笔的这一部分就显得更接近水面。因此,在铅笔进入水的地方就好像向上朝水面弯曲了。

除了光线在从一种透明介质倾斜进入另一种透明介质时路径的突然弯曲外,光线在密度变化的介质中传播时也会发生路径逐渐弯曲的现象。随着介质密度的变化,光的传播速度也发生变化。例如,在地球大气中,空气的密度一般是向着地面增大的。这种密度渐变的结果就使光线同样逐渐变慢和逐渐弯曲。光线从空气中较低密度区域向较高密度区域传播时,其方向就会产生与地球曲率相同的弯曲。因折射引起光线弯曲与许多常见的光学现象有关。这些现象的产生是因为我们的大脑将弯曲的光线感知成仍然沿原来的直线传播到我们的眼睛。

试着想象“往下看”一束弯曲的光线去观察位于拐角附近的光源。如果你能看到目标,那么你的大脑可能将这一目标移出了“平面视觉”的拐角。在偶然的情况下,我们会看到“拐角附近”的东西。我们看到的落日就是这样一个例子。在太阳实际已经下落到地平线以下几分钟后,我们仍然可以看到完整的太阳。正是我们不能想到光线的弯曲才使得太阳的位置在其落下之后仍显现在地平线之上。

光本质上是什么

光本质上是一种处于特定频段的光子流,它既具有波动性也具有粒子性。光的波动性表现为其在同一种均匀介质中沿直线传播,以及在引力场中传播路径发生偏转的特性。光的粒子性则体现在其由一颗颗小光子组成的粒子流,这些粒子不断地冲击我们的视网膜,形成视觉。牛顿在1704年发表的《光学》中提出光是由微粒组成的,这一理论统治了科学界一百年,直到19世纪光的波动理论被提出,以及爱因斯坦在1905年提出了光量子理论,才逐渐揭示了光的波粒二象性。

光谱中的光,包括可见光、紫外光、红外光、X-射线等,都是电磁波谱中的一部分,它们以光子的形式呈现,并且遵循光速的框架。光的传播不需要任何介质,但在介质中传播时,其传播路径会因介质的相互作用而发生偏折,产生反射与折射现象。光年是指光速传播一年的距离,它是一个衡量宇宙中距离的单位。

综上所述,光是一个物理学名词,其本质是一种处于特定频段的光子流,既具有波动性也具有粒子性。光的波动性和粒子性是光的两个基本属性,二者共同决定了光的传播方式和与物质相互作用的方式。

如有意见、反馈、侵权或投诉等情况,请联系
“扫黄打非”举报专区 违法和不良信息举报中心
版权所有 Copyright © 2024 闽ICP备17003705号-25 huoche9.com 火车网 网站地图