加载中…
个人资料
王静波WANGJINGBO
王静波WANGJINGBO
  • 博客等级:
  • 博客积分:0
  • 博客访问:8,649
  • 关注人气:27
  • 获赠金笔:0支
  • 赠出金笔:0支
  • 荣誉徽章:
相关博文
推荐博文
正文 字体大小:

《王氏物理》光子

(2019-05-19 08:41:58)

光子是光线和光波的载体。光子充满宇宙空间,具有质量和能量,是物质存在的一种形式。

【推测光子充满宇宙空间。

【推测光子具有震动性。

【推测光子具有流动性。

第一节    线

光子具有振动性,光子每秒可向不同方向振动1010次。

宇宙中不存在等于或低于绝对零度的物质。温度高于绝对零度(-273.150C)的物质都会击发光子震动。

牛顿认为:“发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流,粒子流冲击视网膜引起视觉”(类似炮弹)。

本文认为:光线是众多光子在一条直线上震动。即:当一个光子被电子击发向某一方向震动时,在一条直线上的光子随即震动(类似牛顿摆)。也就是说,光线不是光子流动,而是光子振动。比如声音,声音不是分子流动,而是分子振动。微风不会影响声音传播,同理,光子流动也不会影响光线传播。

光线的传播速度:真空中的光速是c299792458米/秒。

光线在不同物质中的传播速度不同。水中的光速小于空气中的光速。水中的光速为3/4C,玻璃中的光速为2/3C。(声音在不同物质中的传播速度也不同。)

光线在宇宙中的最大传播距离约为130亿光年。

【红移定律】遥远天体的光谱线在传播过程中会发生红移现象,红移的波长与距离成正比,红移的频率与距离成反比。

任何波在传播过程中频率都会衰减,这是波的共性。比如:附近的雷声清脆、频率高,远处的雷声浑厚、频率低,说明声波在传播过程中频率衰减。水波在传播过程中频率也会衰减。

亮度是指发光体(反光体)表面发光(反光)强弱的物理量。

光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量。单位是流明(lm)。一只100W的白炽灯1秒发出的光通量约1200lm

光照度是指1平方米面积上流入多少流明的光线。单位是勒克斯(Lx)。距离光源越远,光照度越低。

一、光线的运动规律

1、反射

光线反射是指光线遇到物质交界面返回的现象。

【反射定律】反射光线与入射光线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线的两侧,反射角等于入射角。

2、折射

折射是指一束光线从一种介质斜射入另一种介质或在同一种不均匀介质中传播时,方向发生偏折的现象。

光线从一种介质射向另一介质界面时,一部分光线被界面反射,另一部分光线透过界面在另一种介质中折射。

【折射定律】折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧。

不同频率的光线在物质中受到的阻力不同,所以折射率也不同的,折射率随入射光频率的减小而减小,这种现象称为色散。

折射实验:阳光通过三棱镜后,因色散造成不同颜色的光线折射至不同角度,形成红、橙、黄、绿、篮、靛、紫组成的彩带。

3、干涉

同一光源的光通过反射或折射分成两条光束,当这两条光束在空间经不同路径而重新聚合时呈现明暗相间的条纹。但两个独立的光源或同一光源上的两个不同部分都不会产生干涉现象。这是因为同一光源的两条光束相位相同产生干涉现象,两个独立光源的相位不同则不产生干涉现象。

【干涉原理】同一光源的两条光束在一定条件下迭加时,在交迭区呈现明暗相间的条纹。

干涉实验:采用分束器将一束单色光束分成两束后,再让它们在空间中的某个区域内重叠,在重叠区域内的光强并不是均匀分布的,其明暗程度随其在空间中位置的不同而变化,最亮的地方超过了原先两束光的光强之和,而最暗的地方光强有可能为零,这种光强的重新分布被称作“干涉条纹”。

牛顿环实验:用一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触,用白光照射时,可以看到接触点为一暗点,其周围为明暗相间的彩色光环;而用单色光照射时,则表现为明暗相间的单色光环。这些光环的距离不等,光环随中心的距离增加而逐步变窄。

4、衍射

衍射是指光线遇到障碍物时偏离原来直线传播的现象。衍射的原因是因为光线运动产生冲击波,冲击波相互排斥。

衍射实验:光线穿过狭缝、小孔或圆盘之类的障碍物后会发生不同程度的弯散传播。

二、光线的频率

光子的震荡频率随物质温度的变化而变化,物质的温度越高,辐射的频率越高。当物质的温度达到500℃时,就会辐射暗红色光线;当物质的温度达到1000℃时,就会辐射紫色光线,这时将出现全部可见光谱。灯丝的温度大约为2000℃,太阳表面温度大约为60000C

光线具有不同的波长和频率。关系式:光线传播速度=波长×频率。

光线按频率大小依次分为:红外线、可见光、紫外线、X光、伽马射线。红外线的波长在760纳米至1毫米之间;伽马射线的波长短于0.01nm

颜色是由光子的频率决定的。可见光按频率大小依次排列构成不同颜色的光谱。阳光中约有44%是在可见光的范围。

颜色

频率

波长

384482 THz

780630 nm

482503 THz

630600 nm

503520 THz

600570 nm

绿

520600 THz

570500 nm

600620 THz

500470 nm

620659 THz

470420 nm

659769 THz

420380 nm

三、光子的动量

光子的动量等于光子质量与速度的乘积。计算公式:pmv

因为:动量=质量×速度=质量×振幅×频率

实验测得:质量×振幅=6.63 ×1034千克米

所以:动量=6.63 ×1034千克米×频率,即Phv

光子的质量和振幅是常量,频率是变量,所以频率越高,动量越大。

四、光谱

光谱是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案。

光谱

发射光谱是指物体发光产生的光谱

吸收光谱是指高温物体发出的白光通过物质时,某些频率的光被物质吸收后产生的光谱。

值得注意的是,吸收光谱中的暗线与发射光谱中的明线相对应。通常在吸收光谱中看到的特征谱线比明线光谱中的少。

各种物质都有特定的发射光谱和吸收光谱。因此,可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。这种分析方法叫做光谱分析。

光谱实验一:观察气体物质的发射光谱,可以使用光谱管,用一支中间比较细的封闭玻璃管,里面装入低压气体,管的两端有两个电极,把两个电极接到高压电源上,管内的稀薄气体发生辉光放电,产生一定颜色的光。

光谱实验二:观察固态或液态物质的发射光谱,可以把它们放到煤气灯的火焰或电弧中去烧,使它们气化后发光,就可以从分光镜中看到它们的发射光谱。

光谱实验三:碱金属及其盐在火焰上灼烧时,会发出不同颜色的光。如:焰色洋红含有锶元素,焰色蓝绿色含有铜元素,焰色黄色含有钠元素,焰色紫色含有钾元素,焰色砖红色含有钙元素。

物质的发射光谱形状与温度有关。因此,科学家根据天体的发射光谱形状来推测天体的温度,同时还要考虑天体距离对光谱形状的影响。

激光测温仪,测量的是额头红外线的频率,得到的是人的体温。

太阳的光谱是吸收光谱。在研究太阳光谱时,发现它的连续光谱中有许多暗线。最初不知道这些暗线是怎样形成的,后来人们了解了吸收光谱的成因,才知道这是太阳发出的光经过太阳大气层后产生的吸收光谱。分析这些暗线,把它跟各种原子的特征谱线对照,人们就知道了太阳大气层中含有氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、硅、钙、钠等几十种元素。

五、荧光(磷光)

荧光(磷光)是一种光致冷发光现象。一般以持续发光时间来分辨荧光或磷光,持续发光时间短于10-8秒的称为荧光,持续发光时间长于10-8秒的称为磷光。

荧光实验:某种常温物质受到某种频率的入射光(通常是紫外光或X射线)照射后,发出出射光(通常频率比入射光小,在可见光范围内)。而且一旦停止入射光,出射光也随即消失。

六、激光

激光物质在受到入射光时会辐射出频率相同的光称为激光。激光的频率相同,所以不容易散射。激光光束的散射度极小,大约只有0.001弧度,接近平行。激光的亮度约为阳光的100亿倍。

激光器大多由激发系统、激光介质和光学谐振腔三部分组成。激发系统就是产生光能、电能和化学能的装置。目前使用的激发手段,主要有光照、通电或化学反应等。激发介质是能够产生激光的物质,如红宝石、铍玻璃、氖气、半导体、有机染料等。光学谐振腔的作用,是用来放大加强输出激光的亮度(强度),调节和选定激光的颜色和方向等。

激光实验:红宝石是一种掺有铬原子的刚玉,当红宝石受到辐射时就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔,使红光可以从这个孔射出,从而产生一条相当集中的纤细红色光柱,当它射向某一点时,可使其达到比太阳表面还高的温度。

七、光电效应

【光电效应】在光的照射下,某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流。

根据动量守恒定律:

光子动量=电子动量

光子质量×光子速度=电子质量×电子速度

光子的频率大于某一临界值时方能产生电流,临界值取决于金属材料。电子的动量取决于光子的频率,而与光的强度无关。光照强度决定电流的大小。

在光电效应过程中,电子的射出方向并不是完全定向的,只是大部分都垂直于金属表明射出,与光照方向无关。

八、光化学

在光化学的某些反应中,只有当光子频率超过某一阈值时反应才会发生,而在阈值以下无论如何提高光强,反应都不会发生。

九、高能光子

高能光子是指频率比可见光高的光子。按频率大小分为紫外线、X射线、伽马射线。

紫外线的波长在10400纳米之间。紫外线可分为:UVA(长波,波长320400纳米);UVB(中波,波长280320纳米);UVC(短波,波长100280纳米)。

X射线的波长在0.0110纳米之间,X射线在电磁场中不偏转,这说明X射线不带电。

产生X射线的最简单方法是用加速的电子撞击金属靶。撞击过程中,电子突然减速,其损失的动能会以光子形式放出,形成X射线光谱的连续部分,称之为制动辐射。

X射线实验:实验室中X射线由X射线管产生。X射线管是具有阴极和阳极的真空管,阴极用钨丝制成,通电后可发射热电子,阳极(靶极)用高熔点金属制成。用几万伏至几十万伏的高压加速电子,电子束轰击靶极,X射线从靶极发出。电子轰击靶极时会产生高温,故靶极必须用水冷却,有时还将靶极设计成转动式的。

伽马射线的波长短于0.01纳米。伽马射线的频率比X射线的频率要大,所以伽马射线具有比X射线还要强的穿透能力,可以穿透几厘米厚的铅板。放射性原子核在发生衰变后产生的新核往往处于高能量极,要向低能极跃迁,辐射出伽马射线。

第二节  

光波(旧称电磁波)是光子的震荡波

光波随时间的变化具有周期性。在一个振荡周期中传播的距离叫波长。振荡周期的倒数,即每秒钟振动的次数称频率。

光波的强度和距离的平方成反比,即距离为原来两倍,强度就降低为原来四分之一。

光波的波长越长其衰减也越少,波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。

按照波长或频率的顺序把这些光波排列起来,就是光波谱。按频率由高至低依次排列称为:微波、无线电波、工频电磁波。微波用于微波炉、卫星通信等,无线电波用于通信等。传真和电视用的波长是36米;雷达用的波长更短,3米到几厘米。

微波是指频率为300GHz300MHz的光波,波长在1毫米~1米之间,是分米波、厘米波、毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高,通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器,微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西,则会反射微波。微波炉的电磁波频率固定在2.45×109Hz

无线电波(射电波)是指在自由空间(包括空气和真空)传播的电磁波,其频率在300MHz3KHz无线电技术是通过无线电波传播信号的技术。在天文学上,无线电波被称为射电波,简称射电

无线电技术的原理在于,导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象,通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端,电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过解调将信息从电流变化中提取出来,就达到了信息传递的目的。

一、产生光波的原理

能产生大小和方向周期变化的电流叫振荡电流。能产生振荡电流的电路叫振荡电路。

【光波原理】震荡电路击发其周围的光子震荡,光波随着震荡电路的周期变化以波的形式向空间传播。

二、共振

共振是指相同频率的振动可以共同增大振幅的现象。共振振幅等于共同频率的振幅之和。

固体共振是指相同频率的物体振动会增大振幅的现象。比如桥梁上的人同步会增大桥梁的振幅,使桥梁垮塌。

声学共振(亦称“共鸣”)是指震源共振增大音量的现象,如大合唱。或是,物体因共振而发声的现象,如,两个频率相同的音叉靠近,其中一个振动发声时,另一个也会发声。

电学共振(亦称“谐振”)是指震荡电路因共振而增大振幅的现象。

第三节 光子漩涡运动

光子具有流动性,太阳系漩涡的光子流动速度250千米/秒。

天体自转搅动其周围的光子漩涡运动。光子漩涡中心的速度最快,距中心越远越慢。因此,太阳系行星的公转速度距太阳越远越慢。航天器在漩涡中顺流加速,逆流减速。

【天体自转原理】当磁场统一了原子的旋转方向后,电子围绕原子核旋转,电子与光子碰撞,光子沿着原子的切线方向射出,天体在光子的反作用力推动下自转。

【天体公转原理】太阳自转搅动周围的光子漩涡运动,漩涡推动行星公转;行星自转搅动周围的光子漩涡运动,漩涡推动卫星公转。

月球是在地球漩涡和太阳漩涡的共同作用下运行的。当地球的漩涡与太阳的漩涡同向时,月球的前进速度大于地球的前进速度;当地球的漩涡与太阳的漩涡相向时,月球的前进速度小于地球的前进速度。

名称

直径(千米)

卫星

自转周期

自转速度

千米/

公转周期

公转速度

千米/

太阳

1392000

 

24.47

日冕50

24万年

250.00

水星

4879

0

58.65

0.003026

87.7

47.89

金星

12103

0

243

0.001806

224.7

35.03

地球

12742

1

23564

0.46511

1

29.78

火星

6794

2

243935

0.24187

1.88

24.13

小行星带

半径35.5亿

 

29

4.6

18.00

木星

139822

79

95030

12.19558

11.86

13.06

土星

120660

62

1014

10.52423

29.5

9.64

天王星

51118

27

171424

2.58621

83.747

6.81

海王星

49532

14

155759

2.70587

164.8

5.43

冥王星

2298

5

1531736

0.01308

248

4.70

柯伊伯带

半径60100亿

 

248

4.749

奥尔特云

半径515万亿

 

100万年

2.00

银河系的旋转形式与太阳系的旋转形式截然不同。太阳系的旋转是依靠太阳的力量进行旋转,银河系的旋转是依靠恒星集体的力量进行旋转(如台风)。

热气流(台风、龙卷风)上升时发生旋转,在北半球逆时针旋转,在南半球顺时针旋转。驱动热气流上升的原动力是一个低气压中心与周围大气的压力差,周围大气中的空气在压力差的驱动下向低气压中心定向移动。

向下流动的水旋,在北半球顺时针旋转,在南半球逆时针旋转,在赤道不旋转。与上升气旋的旋转方向相反。

0

阅读 评论 收藏 转载 喜欢 打印举报/Report
  • 评论加载中,请稍候...
发评论

    发评论

    以上网友发言只代表其个人观点,不代表新浪网的观点或立场。

      

    新浪BLOG意见反馈留言板 电话:4000520066 提示音后按1键(按当地市话标准计费) 欢迎批评指正

    新浪简介 | About Sina | 广告服务 | 联系我们 | 招聘信息 | 网站律师 | SINA English | 会员注册 | 产品答疑

    新浪公司 版权所有