光的光的科学

2025-02-16 05:47:38

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回答1：

光是一种肉眼可以看见（接受）的电磁波（可见光谱）。在科学上的定义，光有时候是指所有的电磁波。光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。
光可以在真空、空气、水等透明的介质中传播。光的速度：真空中的光速是目前宇宙中已知最快的速度，在物理学中用c表示
光在真空中1s能传播299792458m。也就是说，真空中的光速为c=2.99792458×108m/s。在其他各种介质的速度都比在真空中的小。空气中的光速大约为2.99792000×108m/s。在我们的计算中，真空或空气中的光速取为c=3×108m/s.(最快，极限速度）光在水中的速度比真空中小很多，约为真空中光速的3/4；光在玻璃中的速度比在真空中小的更多，约为真空中光速的2/3。如果一个飞人以光速绕地球运行，在1s的时间内，能够绕地球运行7.5圈；太阳发出的光，要经过8min到达地球，如果一辆1000km/h的赛车不停地跑，要经过17年的时间才能跑完从太阳到地球的距离。
人类肉眼所能看到的可见光只是整个电磁波谱的一部分。电磁波之可见光谱范围大约为390～760nm（1nm=10-9m=0.000000001m），
光分为人造光（如激光）和自然光（如太阳光）。
自身发光的物体称为光源，光源分冷光源和热光源。如图为人造光源。有实验证明光就是电磁辐射，这部分电磁波的波长范围约在红色光的0.77（μm）微米到紫色光的0.39μm之间。波长在0.77μm以上到1000μm左右的电磁波称为“红外线”。在0.39μm以下到0.04μm左右的称“紫外线”。红外线和紫外线不能引起视觉，但可以用光学仪器或摄影方法去量度和探测这种发光物体的存在。所以在光学中光的概念也可以延伸到红外线和紫外线领域，甚至X射线均被认为是光，而可见光的光谱只是电磁光谱中的一部分。
人眼对各种波长的可见光具有不同的敏感性。实验证明，正常人眼对于波长为555nm（纳米）的黄绿色光最敏感，也就是这种波长的辐射能引起人眼最大的视觉，而越偏离555nm的辐射，可见度越小。
光具有波粒二象性，即既可把光看作是一种频率很高的电磁波，也可把光看成是一个粒子，即光量子，简称光子。
光速取代了保存在巴黎国际计量局的铂制米原器被选作定义“米”的标准，并且约定光速严格等于299,792,458m/s，此数值与当时的米的定义和秒的定义一致。后来，随着实验精度的不断提高，光速的数值有所改变，米被定义为（1/299,792,458）s内光通过的路程，光速用c来表示。
光是地球生命的来源之一。光是人类生活的依据。光是人类认识外部世界的工具。光是信息的理想载体或传播媒质。
据统计，人类感官收到外部世界的总信息中，至少80%以上通过眼睛。
当一束光投射到物体上时，会发生反射、折射、干涉以及衍射等现象。
光线在均匀同种介质中沿直线传播。
光波，包括红外线，它们的波长比微波更短，频率更高，因此，从电通信中的微波通信向光通信方向发展，是一种自然的也是一种必然的趋势。
普通光：一般情况下，光由许多光子组成。在荧光（普通的太阳光、灯光、烛光等）中，光子与光子之间，毫无关联。即波长不一样、相位不一样，偏振方向不一样、传播方向不一样，就像是一支无组织、无纪律的光子部队，各光子都是散兵游勇，不能做到行动一致。
光遇到水面、玻璃以及其他许多物体的表面都会发生反射（reflection）。垂直于镜面的直线叫做法线；入射光线与法线的夹角叫做入射角；反射光线与法线的夹角叫做反射角。在反射现象中，反射光线、入射光线和法线都在同一个平面内；反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。这就是光的反射定律（reflection law）。如果让光逆着反射光线的方向射到镜面，那么，它被反射后就会逆着原来的入射光的方向射出。这表明，在反射现象中，光路是可逆的。反射在在物理学中分为两种：镜面反射和漫反射。镜面反射发生在十分光滑的物体表面（如镜面）。两条平行光线能在反射物体上反射过后仍处于平行状态。凹凸不平的表面（如白纸）会把光线向着四面八方反射，这种反射叫做漫反射。大多数反射现象为漫反射。
光线从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫做光的折射（refraction）。折射光线与法线的夹角叫折射角。如果射入的介质密度大于原本光线所在介质密度，则折射角小于入射角。反之，若小于，则折射角大于入射角。若入射角为0，折射角为零，属于反射的一部分。但光折射还在同种不均匀介质中产生，理论上可以从一个方向射入不产生折射，但因为分不清界线且一般分好几个层次又不是平面，故无论如何看都会产生折射。如从在岸上看平静的湖水的底部属于第一种折射，但看见海市蜃楼属于第二种折射。凸透镜、凹透镜这两种常见镜片所产生效果就是因为第一种折射。在折射现象中，光路是可逆的。复色光分解为单色光的现象叫光的色散。牛顿在1666年最先利用三棱镜观察到光的色散，把白光分解为彩色光带(光谱)。色散现象说明光在介质中的折射率n（或传播速度v=c/n）随光的频率而变。光的色散可以用三棱镜，衍射光栅，干涉仪等来实现。
白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种色光组成的复色光。红、橙、黄、绿等色光叫做单色光。
色散：复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。色散可以利用棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器来实现。复色光进入棱镜后，由于它对各种频率的光具有不同折射率，各种色光的传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜时就各自分散，形成光谱。
介质折射率随光波频率或真空中的波长而变的现象。当复色光在介质界面上折射时，介质对不同波长的光有不同的折射率，各色光因折射角不同而彼此分离。1672年，牛顿利用三棱镜将太阳光分解成彩色光带，这是人们首次作的色散实验。通常用介质的折射率n或色散率dn/dλ与波长λ的关系来描述色散规律。任何介质的色散均可分正常色散和反常色散两种。让一束白光射到玻璃棱镜上，光线经过棱镜折射以后就在另一侧面的白纸屏上形成一条彩色的光带，其颜色的排列是靠近棱镜顶角端是红色，靠近底边的一端是紫色，中间依次是橙、黄、绿、蓝、靛，这样的光带叫光谱。光谱中每一种色光不能再分解出其他色光，称它为单色光。由单色光混合而成的光叫复色光。自然界中的太阳光、白炽电灯和日光灯发出的光都是复色光。在光照到物体上时，一部分光被物体反射，一部分光被物体吸收。透过的光决定透明物体的颜色，反射的光决定不透明物体的颜色。不同物体，对不同颜色的反射、吸收和透过的情况不同，因此呈现不同的色彩。比如一个黄色的光照在一个蓝色的物体上，那个物体显示的是黑色。因为蓝色的物体只能反射蓝色的光，而不能反射黄色的光，所以把黄色光吸收了，就只能看到黑色了。但如果是白色的话，就反射所有的色。
光到底是什么？是一个值得研究，和必需研究的问题。当今物理学就已经又达到了一个瓶颈，即相对论与量子论的冲突。光的本质是基本微粒还是像声音一样的波（若是波又在什么介质中传播）对未来研究具有指导性作用。
比较合理的观点是光既是一种粒子同时又是一种波。光具有波粒二象性，就像水滴和水波的关系。光同时具备以下四个重要特征：
1、在几何光学中，光以直线传播。笔直的“光柱”和太阳“光线”都说明了这一点。
2、在波动光学中，光以波的形式传播。光就像水面上的水波一样，不同波长的光呈现不同的颜色。
3、光速极快。在真空中为3.0×108km/s，在空气中的速度要慢些。在折射率更大的介质中，譬如在水中或玻璃中，传播速度还要慢些。
4、在量子光学中，光的能量是量子化的，构成光的量子（基本微粒），我们称其为“光量子”，简称光子，因此能引起胶片感光乳剂等物质的化学变化。光线越强，所含的光子越多。

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