第1个回答 2009-06-25
光是一种人类眼睛可以见的电磁波(可见光谱)。在科学上的定义,光有时候是指所有的电磁波谱。光是由一种称为光子的基本粒子组成。光是一种特殊物质,不能用能顿运动定律来解释。
一 光具有波粒二象性,波动性表现光是一中电磁波,能发生反射,折射,干涉和衍射。粒子性表现在光是有光子组成的,具有光电效应和康普顿效应。现在先讲粒子性,下面再讲波动性。
光子,一切微观粒子的粒子性特征表现为它们都具有能量、动量和质量.
由光子说和相对论可知,与电磁波密切联系着的光子没有静质量(m0=0),但具有能量E、动量p和动质量(相对论质量)m,即
E=hν=mc2, ①
p=mc=E/c=h/λ, ②
m=E/c2=(hν)/c2. ③
式中h为普朗克常量,ν和λ分别为对应的光波的频率和波长,c为真空中的光速。因光子的能量是量子化的(一份一份的)且每一份能量不能任意取值(由玻尔原子理论的跃迁假设决定),故光子的质量、动量也是量子化的且不能任意取值。
光电效应,光照射到某些物质上,引起物质的电性质发生变化。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。
金属表面在光辐照作用下发射电子的效应,发射出来的电子叫做光电子。光波长小于某一临界值时方能发射电子,即极限波长,对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料,而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关,这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾,即光电效应的瞬时性,按波动性理论,如果入射光较弱,照射的时间要长一些,金属中的电子才能积累住足够的能量,飞出金属表面。可事实是,只要光的频率高于金属的极限频率,光的亮度无论强弱,光子的产生都几乎是瞬时的,不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。这种解释为爱因斯坦所提出。光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现,对发展量子理论起了根本性作用,在光的照射下,使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应。
康普顿效应,即康普顿散射,康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于光子具有动量的假设。这在物理学发展史上占有重要的位置。光子在介质中和物质微粒相互作用时,可能使得光向任何方向传播,这种现象叫光的散射.1922年,美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现,有些散射波的波长比入射波的波长略大,他认为这是光子和电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子,康普顿假设光子和电子、质子这样的实物粒子一样,不仅具有能量,也具有动量,碰撞过程中能量守恒,动量也守恒.按照这个思想列出方程后求出了散射前后的波长差,结果跟实验数据完全符合,这样就证实了他的假设。这种现象叫康普顿效应。需要说明一点,光子和电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子。它们之间的力按基本自然力来分,应属于电磁力。
二,波的性质:
波动在不同密度的媒质分界面发生反射与折射,反射波并没有发生半波损失;分界两侧的媒质密度之差是决定波动的反射量与折射量的原因之一,媒质密度差越大,反射量越大,反之折射量越大。
波动的属性定律
波动是振源在媒质中振动而引起的并在媒质中传播的媒质粒子的振动。水波、电磁波、光波等等,所有的波动均是如此,虽然各种波动有其不同的传播媒质,但是它们都具有共同的运动规律——波动的属性定律。
波动之属性定律:波动在均匀的媒质中沿直线匀速传播,只有在密度不同的媒质分界面波动的同一波束分解成两波束,其中一分波束返回原来密度的媒质中,另一分波束进入第二种媒质中,两分波束与原波束在同一平面内。无论是返回原来媒质还是进入第二种媒质的各波束,由振源振动同时产生的振动相位相同的振动在各自的传播媒质中依然保持在同一波面内。
因而光会光在不同介质表面发生反射和折射。
两列波长相同的单色光在相互覆盖的区域发生叠加,会出现明暗相间的条纹,如果是白光,则会出现彩色条纹,这种现象称为光的干涉。相干光源的条件是两光源频率相同。获得相干光的办法是:把一个点光源(或线光源)发出的光分为两列光。
光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象,叫光的衍射。产生明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比甚至比光的波长还要小。且障碍物尺寸比波长越小,衍射越明显。
三 经典力学的局限性:经典力学的基本定律是牛顿运动定律或与牛顿定律有关且等价的其他力学原理。经典力学的局限性:第一,只适用于与光速相比低速运动的情况。在高速运动情况下,时间和长度不能再认为与观测者的运动无关。第二个假定只适用于宏观物体。在微观系统中,所有物理量在原则上不可能同时被精确测定。因此经典力学的定律一般只是宏观物体低速运动时的近似定律。
光子的运动不能用经典力学来解释,而要用量子力学。
综上所述,除了康普顿效应,光在不同介质表面发生反射和折射,以及干涉和衍射不需要力。