一﹑光的本性
波長和頻率 在雙縫干涉現象里﹐明條紋和暗條紋之間的距離﹐總是 相等的。在狹縫間的距離和狹縫與屏的距離都不變的條件下﹐用不同 顏色的光做實驗﹐條紋間的間隔是不同的。紅光的條紋間隔最大﹐紫 光的條紋間隔最小。定量的研究告訴我們﹐光波的波長越長﹐干涉條 紋之間的距離越大﹐條紋的間距跟光波的波長成正比。所以不同色光 的波長也不同﹔紅光的波長最長﹐紫光的波長最短。
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பைடு நூலகம்
一﹑光的本性
利用紅外線遙感技朮﹐可以在飛機或衛星上勘測地熱。尋找水源﹑監測 森林火情。預報台風寒潮等。
紫外線 1801年﹐德國物理學家里特﹐又發現了紫外線。紫外線的波長 比紫光還短。一切高溫的物體﹐如太陽﹑弧光燈發出的光都含有紫外線。 紫外線的主要作用是化學作用。如果在光譜的紫外區域放一張照相底片 ﹐底片就會感光。紫外線照相能辨認出細微的差別。例如可以清晰分辨 出留在紙上的指紋。紫外線還有很強的熒光效應﹐能使許多物質發出熒 光﹐日光燈和農業上誘殺害虫用的黑光燈﹐都是用紫外線來激發熒光物 質發光的。紫外線還有殺菌清毒作用。醫院里常紫外線來消毒病房和手 朮室。紫外線還能促進生理作用和治療皮膚病﹑軟骨病等。經常在礦井 下勞動的工人﹐適當地照射紫外線﹐能促進身體健康﹐但過強的紫外線 能傷害人的眼睛和皮膚﹐電焊的弧光中有強烈的紫外線﹐因此電焊工在 工作時必須穿好工作服﹐并戴上防護面罩。
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一﹑光的本性
6. 光的電磁說 電磁波譜
光的電磁說 到十九世紀中期﹐光的波動說已經得到公認。但是光波的本 質問題仍然沒有解決。人們總是習慣于照機械波模型把光波看成是在某 種彈性媒質里傳播的振動。到了十九世紀六十年代﹐英國物理學家麥克 斯韋提出了電磁波的理論﹐認為變化的電場和變化的磁場聯系在一起形 成的統一的電磁場﹐能以波的形式從它產生的地方向四周傳播﹐并且從 理論上得出了電磁波的傳播速度跟實驗測得的光速相同。在這個基礎上 ﹐麥克斯韋提出光是一種電磁波。這就是光的電磁說。
4. 光譜和光諳分析
我們知道﹐白光的色散可以形成不同顏色的單色光組成的光譜。其實 ﹐各種光源發出的光都不是單色光﹐因此都能產生自己的光譜。光譜 可以用分光鏡進行觀察。
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發射光譜和吸收光譜 由發光物體直接產生的光譜叫做發射光譜。如 果發光的是熾熱的固體或液體﹐產生的光譜是由連續分布的一切波長 的光組成的﹐這種光譜叫做連續光譜。但是﹐如果發光的是稀薄氣體 或者是加有揮發性鹽的火焰﹐光譜就有完全不同的特征﹐它們是由一 些不同顏色的不連續的亮線組成的。這種光譜叫做明線光譜 觀察氣體的光譜﹐可以使用光譜管。 各種元素都有一定的明線光譜﹐元素不同﹐明線光譜也不同﹐所以﹐ 明線光譜又叫原子光譜。每種元素的原子只能發出某些具有特定波長 的光譜線﹐這些譜線叫做那種元素的特征譜線。
1888年﹐赫茲用實驗証實了電磁波的存在﹐并且証明了電磁波也跟光 波一樣具有反射﹑折射﹑干涉﹑衍射等性質。他還通過干涉實驗測出了 一定頻率的電磁波的波速 等于光速的預言符合的相當好。這說証明了麥 克斯韋的光的電磁理論是正確的。
電磁波譜 根據光的電磁理論﹐紅外線﹑可見光﹑紫外線﹑X射線本質上 都 是電磁波﹐不過它們的波長是不同的。這些不同波長的電磁波跟以前 學過的無線電波一起﹐構成了范圍相當廣的電磁波譜。不同的電磁波產 生的機理不同。無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運動產生的﹐ 紅外線﹑可見光﹑紫外線是原子的外層電子受到激發后產生的﹐X射線 是原子的內層電子受到激發后產生的﹐γ射線是原子核受到激發后產生的 ﹐但是波譜中相鄰區段的波長﹐并沒有截然的界線。
白光通過每一種氣體時﹐光譜中都會產生一組暗線﹐每條暗線的 波長﹐都跟那種氣體原子的一條特征譜線相對應﹐這就表明﹐每種氣 體都 能從通過它的白光中吸收跟它的特征譜線波長相同的那些光﹐ 使白光的連續光譜中出現暗線﹐因此﹐我們把連續光諳中某些波長的 光被物質吸收后產生的光譜叫做吸收光譜。通常在吸收光譜中看到的 特征譜線紕明線光譜中的要少一些。
X射線 1895年﹐德國物理學家倫琴發現﹐在高真空氣體放電管中﹐被電 子射線擊中的管壁發出了一種 看不同的射線﹐它能夠穿透黑紙板罩﹐使 涂有鉑氰酸鋇的紙屑發出熒光。當時﹐倫琴弄不清這種射線的本質﹐給 它起了一個略帶神秘色彩的名稱-----X射線﹐人們也把它叫做倫琴射線。 這種射線﹐對于許多不透明的物質﹐具有很強的穿透能力。高速電子流 射到任何固體上﹐都會產生這種射線。
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光譜分析 由于每種元素都有自己的特征譜線﹐因此可以根據光譜來鑒 別物質和確定它的化學組成。這種方法叫做光譜分析。做光譜分析時 ﹐可以利用發射光譜﹐也可以利用吸收光譜。這種方法的優點是非常 靈敏而且迅速﹐
5. 紅外線 紫外線 X射線
紅外線 光譜中不同色光的波長約在0.4~~0.7微米之間﹐這是一個狹窄 的范圍。在這個范圍之外﹐是否還有光波存在呢﹖1800年﹐英國天文 學家赫謝耳發現﹐太陽光譜并不限于從紅到紫的可見部分。他用靈敏 溫度計研究光譜里各種色光的熱作用時﹐把溫度計移到光譜的紅光區 域外側﹐它的溫度上升得更高﹐說明那里有看不見的射線照射到溫度 計上。這種射線后來就叫做紅外張﹐紅外線最顯著的作用是熱作用。 所以可以利用紅外線來加熱物體。紅外線的波長比紅光還長﹐因此衍 射現象比較顯著﹐容易透過云霧煙塵﹐所以﹐利用對紅外線敏感的底 片可以進行遠距離攝影和高空攝影﹐這種攝影還不受白天和夜晚的限 制。由于一切物體﹐都在不停地輻射紅外線﹐并且不同物體輻射的紅 外線的波長和強度不同﹐利用靈敏的紅外線探測器吸收物體發出的紅 外線﹐然后用電子儀器對接收到的信號進行處理﹐就可以察知被探測 物體的特征。這種技朮叫做紅外線遙感。
如果我們換用白光來做雙縫干涉實驗﹐在屏上就會出現不同顏色的 彩色條紋﹐這是因為白光是由不同顏色的單色光復合而成的﹐而不同 色光的波長不同﹐產生的明暗條紋間距也不同﹐所以在屏上出現了彩 色條紋。
我們知道﹐波長與頻率的乘積等于波速﹐這個關系對于一切波都是適 用的﹐不同色光在真空中的傳播速度相同﹐而波長不同﹐因而它們的 頻率也不同﹐波長越長頻率越小﹐波長越短頻率越大。