我们越孤独,才越能体会本意

作者: 灵遁者国学 | 来源:发表于2017-10-26 13:26 被阅读0次

导读:之后的几章内容,我会分别为大家讲关于光学知道的科普,并提出一些问题。

欢迎探讨。这一章来将光的反射和折射。这是最基本的。开头问大家一个问题:绝对的全反射存在吗??

第一章:像夸父追日一样,我们追光,是为了得到光明!

夸父追日是一个传说,但表达了人类勇敢的探索精神。夸父的结局不太美,但我们人类“追日”的成果很美。是的,在黑暗的宇宙空间中,我们需要更多的光,来照亮我们的前路。

今天这篇文章,就是关于光的。我在猜想对光的所有实验的总结,会得到一个什么推理或猜想。对于我来说,非常重要。对于大家来说,也同样重要。

关于光的研究,可以追溯到几百年前。但我要例举的这些实验其实距离我们并不远。一起来看看吧。

首先我要说的是,关于光的认识我们最先是研究光的反射,折射,运动速度等现象,后来由麦克斯韦统一了电磁学后,才认识到光其实是一种电磁波。

再后来,进了光电效应,光的衍射,干涉等实验,使得光从宏观走到了量子层面。所以从这个认识上来说,光这个概念,在物理学中的位置很微妙,它是有承上启下的作用的。

所以对于的光的本质认识,是我们人类必须克服的难题。直到现在光的速度,光的质量,光的波粒二象性等都还是人类津津乐道的话题,也是科学家还在不断深入研究的对象。

现代物理学的两大支柱相对论和量子力学,哪一个都不能缺少光。有的人甚至说只要把光【电磁波】的本质研究到位,宏观的,量子的问题都能迎刃而解;还有人说光就是破解宇宙的密码。不管怎么样,我们先走进光的神奇世界,慢慢揭开它的面纱。

1、光的反射.

关于光的反射,可以说是我们最早就开始研究的内容。光射到两种不同的介质时,便有部分光自界面射回原介质中的现象,称为光的反射。

大概有这么三种反射情况:反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角

。可归纳为:“三线共面,两线分居,两角相等”。光具有可逆性。光的反射现象中,光路上是可逆的。

还有我们初中就知道了,光的反射分为镜面反射,漫反射,方向反射。

方向反射是介于漫反射和镜面反射之间反射称为方向反射,也称非朗伯反射,其表现为各向都有反射,且各向反射强度不均一。

2、光的折射

光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时,传播方向一般会发生变化,这种现象叫光的折射。

理解:光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处,只是反射光返回原介质中,而折射光则进入到另一种介质中,由于光在两种不同的物质里传播速度不同,故在两种介质的交界处传播方向发生变化,这就是光的折射。

光的折射和介质的折射率有关。折射率定义:光从真空射入介质发生折射时,光在发生折射时入射角与折射角符合斯涅尔定律。即入射角i与折射角r的正弦之比n叫做介质的“绝对折射率”,简称“折射率”。

公式:n=sini/sinr,这条公式被称为斯涅尔公式。

同一介质对不同波长的光,具有不同的折射率。可见光折射率通常随着波长的减小而增大,即红光最小、紫光最大。

接下来我们来说说光的全反射。从光密介质进入光疏介质时入射角增大到某临界角时,会产生全反射。

临界角公式为

(n2为图1中n',n1为图1中n)。

(C为临界角)当光射到两种介质界面,只产生反射而不产生折射的现象.当光由光密介质射向光疏介质时,折射角将大于入射角。当入射角增大到某一数值时,折射角将达到90°,这时在光疏介质中将不出现折射光线,只要入射角大于或等于上述数值时,均不再存在折射现象,这就是全反射.所以产生全反

全反射

射的条件是:①光必须由光密介质射向光疏介质;②入射角必须大于或等于临界角(C)。

所谓光密介质和光疏介质是相对的。两物质相比,折射率较小的,光速在其中较快的,就为光疏介质;折射率较大的,光速在其中较慢的,就为光密介质。例如,水折射率大于空气,所以相对于空气而言,水就是光密介质;而玻璃的折射率比水大,所以相对于玻璃而言,水就是光疏介质。

临界角是折射角为90度时对应的入射角(只有光线从光密介质进入光疏介质且入射角大于或等于临界角时,才会发生全反射。)

上面这些内容,知识是我们初中就学习的内容,教科书更多的是从宏观角度去教我们认识光的。可是这本书名字叫《见微知著》,是从量子角度来认识世界的。所以我们有必要从量子角度来理解光的反射和折射。

首先我们应该知道光的本质是一种电磁波。人眼可以看见的电磁波。

光波是一种高频的电磁辐射。光波与界面原子分子发生相互作用导致其传播方向的改变、相位及偏振变化,以及能量和能流的重新分配。这就是反射和折射的本质。

在现实生活中,我们就常见到是的漫反射。可是上面我们介绍了反射和全反射。反射是存在的,全反射存在吗??

其实在我看来,绝对意义上的全反射是不存在的。有以下几点原因。

一、界面的“光滑”不绝对,也就是没有绝对光滑的界面。也就是说任何界面是有摩擦力的,都是凹凸不平的。那么根据菲涅耳惠更斯的波动说,次波在P点处所引起的振动的振幅与r成反比

这相当于表明次波是球面波光粒子就难免会被漫反射。

二、真空不空,光的所携带的能量,在传播过程中不能保证不损失。

三、光是量子的光,与界面接触,不能保证不被界面吸收能量,或者折射部分光粒子。比如太阳光照到我们人身上的时候,一部分光穿过人的身体而去,一部被人体吸收,还有一部分被漫反射回空气中。

所以真正意义上的全反射,全折射都是不存在的。

摘自独立学者,诗人,作家,国学起名师灵遁者量子物理科普书籍《见微知著》

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