『壹』 光是什麼
光是什麼
科學表明,光是地球生命的來源之一。光是人類生活的重要依據;光是人類認識外部世界的工具;光是信息的理想載體或傳播媒質。那麼,什麼是光呢?
狹義上光是一種人類眼睛可以見到的電磁波,我們稱之為可見光譜。在科學上的定義,光是指所有的電磁波譜。光是由一種稱為光子的基本粒子組成。具有粒子性與波動性。
有實驗證明,光就是電磁輻射,這部分電磁波的波長范圍約在紅光的0.77微米到紫光的0.39微米之間。波長在0.77微米以上到1000微米左右的電磁波稱為「紅外線」。在0.39微米以下到0.04微米左右的稱「紫外線」。紅外線和紫外線不能引起視覺,但可以用光學儀器或攝影方法去量度和探測這種發光物體的存在。所以,在光學中光的概念也可以延伸到紅外線和紫外線領域,甚至X射線均被認為是光,而可見光的光譜只是電磁光譜中的一部分。
科學實驗表明,光具有波粒二象性,既可把光看做是一種頻率很高的電磁波,也可把光看成是一個粒子,即光量子,簡稱光子。
光波,包括紅外線,它們的波長比微波更短,頻率更高,因此,從電通信中的微波通信向光通信方向發展,是一種自然的也是一種必然的趨勢。
一般情況下,光由許多光子組成,在熒光(普通的太陽光、燈光、燭光等)中,光子與光子之間,毫無關聯,即它們的波長不一樣、相位不一樣,偏振方向不一樣、傳播方向不一樣,就像是一支無組織、無紀律的光子部隊,各光子都是散兵游勇,不能做到行動一致。
當光反射時,反射角等於入射角,在同一平面,位於法線兩邊,且光路可逆行。 對人類來說,光的最大規模的反射現象,發生在月球上。我們知道,月球本身是不發光的,它只是反射太陽的光。相傳為記載夏、商、周三代史實的《書經》中就提起過這件事。可見那個時候,人們就已有了光的反射觀念。戰國時的著作《周髀》就明確指出:「日兆月,月光乃生,成明月。」西漢時人們乾脆說「月如鏡體」,可見對光的反射現象有了深一層的認識。《墨經》里專門記載一個光的反射實驗:以鏡子把日光反射到人體上,可使人體的影子處於人體和太陽之間。這不但是演示了光的反射現象,而且很可能是以此解釋月魄的成因。
我們知道,當光線從一種介質斜射入另一種介質中,會產生折射。如果射入的介質密度大於原本光線所在介質密度,則折射角小於入射角。反之,若小於,則折射角大於入射角。但入射角為0,則無論如何,折射角為零,不產生折射。但光折射還在同種不均勻介質中產生,理論上可以從一個方向射入不產生折射,但因為分不清界線且一般分好幾個層次又不是平面,故無論如何看都會產生折射。
比如說,魚兒在清澈的水裡面游動,可以看得很清楚。然而,沿著你看見魚的方向去叉它,卻叉不到。有經驗的漁民都知道,只有瞄準魚的下方才能把魚叉到, 魚叉叉向的是魚的實像。
從上面看水,玻璃等透明介質中的物體,會感到物體的位置比實際位置高一些,這是光的折射現象引起的。
由於光的折射,池水看起來比實際的淺。所以,當你站在岸邊,看見清澈見底,深不過齊腰的水時,千萬不要貿然下去,以免因為對水深估計不足,驚慌失措,發生危險。
把一塊厚玻璃放在鋼筆的前面,筆桿看起來好像「錯位」了,這種現象也是光的折射引起的。光到底是什麼?這是一個值得研究和必須研究的問題。當今物理學研究已經達到了一個瓶頸,即相對論與量子論的沖突,光的本質是基本微粒還是和聲音一樣的波,對未來研究具有指導性作用。
光無時無刻不伴隨我們左右,燈光、太陽光、星光以及動物本身發出的光,如螢火蟲等。在開始進行光的分類之前,首先了解一下光源的含義。
自身能夠發光的物體稱為光源。而科學家們又將光源分冷光源和熱光源。
那麼什麼是冷光源呢?冷光源是指發光不發熱(或發很低溫度的熱)的光源。如螢火蟲等。
反之,熱光源就是指發光發熱(必須是發高溫度的熱)的光源。如太陽等。
其實,在某些時候,光源也可以分為以下三種:
第一種是熱效應產生的光,太陽光就是很好的例子。此外,蠟燭等物品也都一樣。此類光隨著溫度的變化會改變顏色。
第二種是原子發光,熒光燈燈管內壁塗抹的熒光物質被電磁波能量激發而產生光,此外霓虹燈的原理也是一樣。原子發光具有獨自的基本色彩,所以,彩色拍攝時我們需要進行相應的補正。
第三種是原子爐發光,這種光攜帶有強大的能量,但是我們在日常生活中幾乎沒有接觸到這種光的機會。色散
關於色散,早在中國古代便有了與之相關的認識,它起源於對自然色散現象——虹的認識。
虹,是太陽光沿著一定角度射入空氣中的水滴所引起的比較復雜的由折射和反射造成的一種色散現象。中國早在殷代甲骨文里就有了關於虹的記載。戰國時期《楚辭》中有把虹的顏色分為「五色」的記載。南宋程大昌(公元1123~1195年)在《演繁露》中記述了露滴分光的現象,並指出,日光通過一個液滴也能化為多種顏色,實際是色散,而這種顏色不是水珠本身所具有,而是日光的顏色造成的,這就明確指出了日光中包含有數種顏色,經過水珠的作用而顯現出來,可以說,他已接觸到色散的本質了。
我國從晉代開始,許多典籍都記載了晶體的色散現象。如記載過孔雀毛及某種昆蟲表皮在陽光下不斷變色的現象,太陽光照射雲母片,經反射後可觀察到各種顏色的光。李時珍也曾指出較大的六棱形水晶和較小的水晶珠,都能形成色散。到了明末,方以智在所著《物理小識》中綜合前人研究的成果,對色散現象作了極精彩的概括。他把帶棱的自然晶體和人工燒制的三棱晶體將白光分成五色,與向日噴水而成的五色人造虹、日光照射飛泉產生的五色現象,以及虹霓之彩、日月之暈、五色之雲等自然現象聯系起來,認為「皆同此理」,即都是白光的色散。所有這些都表明中國明代以前對色散現象的本質已有了一定的認識,但也反映中國古代物理學知識大都是零散、經驗性的知識。
那麼,究竟什麼是色散呢?
復色光分解為單色光而形成光譜的現象叫做光的色散。色散可以利用棱鏡或光柵等作為「色散系統」的儀器來實現。復色光進入棱鏡後,由於它對各種頻率的光具有不同折射率,各種色光的傳播方向有不同程度的偏折,因而在離開棱鏡時就各自分散,形成光譜。如一細束陽光可被棱鏡分為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七色光。這是由於復色光中的各種色光的折射率不相同。當它們通過棱鏡時,傳播方向有不同程度的偏折,因而在離開棱鏡時便各自分散。
介質折射率隨光波頻率或真空中的波長而變,當復色光在介質界面上折射時,介質對不同波長的光有不同的折射率,各色光因折射角不同而彼此分離。1672年,牛頓利用三棱鏡將太陽光分解成彩色光帶,這是人們首次做的色散實驗。任何介質的色散均可分正常色散和反常色散兩種。
讓一束白光射到玻璃棱鏡上,光線經過棱鏡折射以後就在另一側面的白紙屏上形成一條彩色的光帶,其顏色的排列是靠近棱鏡頂角端是紅色,靠近底邊的一端是紫色,中間依次是橙黃綠藍靛,這樣的光帶叫光譜。光譜中每一種色光不能再分解出其他色光,稱它為單色光。由單色光混合而成的光叫復色光。自然界中的太陽光、白熾電燈和日光燈發出的光都是復色光。當光照到物體上時,一部分光被物體反射,一部分光被物體吸收。如果物體是透明的,還有一部分透過物體。不同物體,對不同顏色的反射、吸收和透過的情況不同,因此呈現不同的色彩。
光的傳播
光在同種均勻介質中是沿直線傳播的。光可以在真空、空氣、水等透明的物質中傳播。光沿著直線傳播的前提不僅是在均勻介質,而且必須是同種介質。當光遇到另一介質時,光的方向會發生改變,改變後依然沿直線傳播。
光在非均勻介質中,一般是按曲線傳播的。光按前後左右上下各個方向傳播,光的亮度越亮,越不容易看出,當光亮度較暗時,由發光體到照明參照物的光會擴大,距離越遠,擴散得越大,由最初的形狀擴散到消失為止。
像我們生活中所發現的小孔成像、日食和月食的形成等都證明了光在均勻介質中沿直線傳播這一事實。
光的速度
夏天打雷下雨時,有些人可能會很困惑,為什麼在每次雷雨中,總是先看到閃電,後聽到雷聲呢?今天,我們就帶著這個問題討論一下光速。
所謂光速,就是光在單位時間內傳播的速度。科學計算得出光在真空中的速度為30萬千米/秒。通俗一點講,就是光可以在一秒走60萬里地,而我們知道聲速只是335米/秒。這就是我們在打雷下雨時為何先看到閃電而後聽到雷聲的緣故了。
既然光速這么快,那麼我們看距離我們1.5億千米遠的太陽需要多長時間呢?科學家得出的結論是約八分鍾,即光從離我們1.5億千米遠的太陽上發射出來,到達地球大約需要八分鍾。
其實,早在17世紀以前,天文學家和物理學家便認為光速是無限大的,宇宙恆星發出的光都是瞬時到達地球。1676年丹麥天文學家羅默,利用天文觀測,測量了光速。1849年法國科學家斐索在實驗室里,用巧妙的裝置首次在地面上成功地測出了光速。1973年美國標准局的埃文森採用激光方法利用頻率和波測定光速為(299792485+1.2)米/秒。經1975年第十五屆國際計量大會確認,上述光速作為國際推薦值使用。1983年第十七屆國際計量大會上通過米的新定義為「真空中光在1/299792458秒時間間隔內行程的長度。」
在人們測出光速之後,它便取代了保存在巴黎國際計量局的鉑制米原器被選作定義「米」的標准,並且約定光速嚴格等於299792458米/秒,米被定義為1/299792458秒內光通過的路程,光速用「c」來表示。
超光速
超光速會成為一個討論題目,源自於相對論中對於局域物體不可超過真空中光速c的推論限制,光速成為許多場合下速率的上限值。在此之前的牛頓力學並未對超光速的速度作出限制。而在相對論中,運動速度和物體的其他性質,如質量甚至它所在參考系的時間流逝等,密切相關。速度低於(真空中)光速的物體如果要加速達到光速,其質量會增長到無窮大,因而需要無窮大的能量,而且它所感受到的時間流逝甚至會停止(如果超過光速則會出現「時間倒流」),所以理論上來說達到或超過光速是不可能的(至於光子,那是因為它們永遠處於光速,而不是從低於光速增加到光速)。但也因此使得物理學家(以及普通大眾)對於一些「看似」超光速的物理現象特別感興趣。
所謂「時光倒流」就是光的多普勒效應, 並不是真的「時間」倒流,而是世界的感覺「倒流」。 多普勒效應根本上是由於波的傳播速度是絕對的,只與介質有關,與聲源和接受物體運動狀況無關。 換句話說,波的傳播應以介質作為參考系。 突破光速屏障時會有「光障」現象。可與超音速飛行類比,並不是不可能。
光速不變的條件是:介質穩定。因為在任何穩定的介質中,任何波的速度都不變,與參照系無關。當聲波的介質相對於測量者靜止時,無論聲源速度如何變化,聲速不變(只改變音頻),這是著名的多普勒實驗,其他所有機械波都有類似現象。
鍾慢、尺縮、超光速時間倒流現象,都可以用聲音試驗做出結果,這只能證明愛因斯坦的結論有問題,他忽略了測量速度的問題,把現象當成了物理本質。
經現在研究,表明已有超光速速度——某些恆星爆炸拋射碎片,其碎片運動速度已超過光速,但速度不固定,有快有慢。
不過,現在學術界仍稱光速為最快速度。
光年
通常情況下,由於地球上的距離有些短,用千米來討論就足夠了。例如,地球距月球38萬千米,太陽距地球1.5億千米等。然而倘若我們用千米做尺度來衡量宇宙間距離的話,似乎有點不合時宜。於是,當我們去測量我們與許多恆星之間的距離時,我們發現不得不用一個非常巨大的數字來表達。正如科學家研究不同顏色的光的波長而發明一個特殊單位「埃」那樣。所以科學家們發明了一個特殊的測量空間距離的單位,這就是光年。一光年就是光行走一年的距離。這是個很可觀的數字,因為光一秒鍾就走300000千米。一光年大約為 10萬億千米。距我們最近的亮星半人馬座α星,也有4光年多。可見星系之間的距離有多遠了。
光由太陽到達地球需時約8分鍾(地球跟太陽的距離為8「光分」)。
已知距離太陽系最近的恆星為半人馬座比鄰星,它與太陽系的距離為4.22光年。
我們所處的星系——銀河系的直徑約為10萬光年。 假設有一近於光速的宇宙飛船從銀河系的一端到另一端,它將需要多於10萬年的時間。但這只是對於(相對於銀河系)靜止的觀測者而言,飛船上的人員感受到的旅程實際只有數分鍾。這是由於狹義相對論中的移動時鍾的時間膨脹現象。
微粒與波的爭議
17世紀,以牛頓為首的學者認為:光是由一顆顆像小彈丸一樣的機械微粒所組成的粒子流,發光物體接連不斷地向周圍空間發射高速直線飛行的光粒子流,一旦這些光粒子進入人的眼睛,沖擊視網膜,就引起了視覺,這就是光的微粒說。牛頓用微粒說輕而易舉地解釋了光的直進、反射和折射現象。由於微粒說通俗易懂,又能解釋常見的一些光學現象,所以很快獲得了人們的承認和支持。
19世紀,光的干涉、衍射、偏振等實驗證明了光是一種波,麥克斯韋又提出了光是一種電磁波的理論,更完善了光的波動學說。
20世紀,人們對光到底是「粒子」還是「波」的問題進行了很長時間的探討。最後統一了認識,光和所有其他微觀粒子一樣具有粒子性和波動性的兩重性,光是一種波長很短的電磁波。而後來愛因斯坦的光子學說很好地解釋了光電效應現象,從而確立了光的微粒性的牢固地位。如今,人們認識到:光是由叫做光子的微粒組成的,同時具有波動的性質——波粒二象性。
經過長期的探索,人們對光的認識越來越深入了,而且從發現光的波粒二象性起,人們已開始主動地去探索微觀世界的奧秘。知識點
電磁波
電磁波,又稱電磁輻射,是由同相振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動,其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面,有效的傳遞能量和動量。電磁輻射可以按照頻率分類,從低頻率到高頻率,包括無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外光、X射線和伽馬射線等。人眼可接收到的電磁輻射,波長大約在380納米至780納米之間,稱為可見光。只要是本身溫度大於絕對零度的物體,都可以發射電磁輻射,而世界上並不存在溫度等於或低於絕對零度的物體。
『貳』 燦爛陽光是什麼動物
動物是馬、老虎。
燦爛:光彩鮮明耀眼。
陽光:多義詞。本義:日光,多指太陽光。
光明:光亮,明亮。
「燦爛」,會意:「光明"。
36字花:光明一一馬。
太陽,別稱白駒、金虎等。
『叄』 「光」字猜個動物
貓頭鷹。
『肆』 床前明月光是指什麼動物
玉兔。
「床前明月光」是李白的名句。據今人考評,「床前明月光」一句中的「床」並不是指睡覺的床,因為睡在床上是不可能看到月光的,更看不到地上的霜。此「床」在古時是指「井」,井上當然能看到月光,並疑惑成霜了。
『伍』 36生肖的光光頭指什麼動物
36生肖的光興頭,共八個數字,首先我們來看這個生字,生與申同音,申屬猴,在十二生肖當中排第九,所以,36生肖的光光頭指的是猴的動物
『陸』 光,是什麼生肖
激光,雞。
『柒』 「光」字打一動物
是馬,開朗、積極是馬年生人的特性,但缺點是做事常不能持久,剛開始會積極進行,若一有小阻礙便停足不前,會給人做事有始無終的印象,無法貫徹到底,所以會被認為沒有責任心。
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『捌』 十二生肖里的蟲光指什麼動物
雞(廣泛來說,基本上這十二種動物吃了蟲子都不會死,但是從民間傳統意義來講,只有雞是吃蟲的。十二生肖本來就不是動物學概念,所以不用想那麼多,按常識就行了)
『玖』 敍光形容什麼動物
老鼠,這個是形容暗色的動物,活動時間也是暗色,最接近老鼠,也有可能是蝙蝠
『拾』 光指什麼動物
應該是螢火蟲。
該科昆蟲小至中形,長而扁平,體壁與鞘翅柔軟。頭小,前胸背板發達,蓋住頭部。眼半圓球形,雄性的眼常大於雌性。在額的前方,兩眼之間具觸角1對,觸角左右相接近,11節,鋸齒狀,雄性為櫛齒狀或扇狀。上顎彎曲,貫穿有溝。雄蟲—般有鞘翅,蓋住腹部和後翅。雌蟲常無翅,但黃螢屬雌、雄均有翅。鞘翅表面密布細短毛,鞘翅緣折基部寬。前足基節圓錐形,有亞基節;中足基節圓筒狀,兩基節左右接近;後足基節橫闊形。足細長,無特殊膨大的部分,跗節5節。腹部7~8節,第6、7節有發光器,能發黃綠色光。