光沿直线传播的前提是在同种均匀介质中。
光的直线传播不仅是在均匀介质,而且必须是同种介质。可以简称为光的直线传播,而不能为光沿直线传播。光在两种均匀介质的接触面上是要发生折射的,此时光就不是直线传播了。
光、光源
光、光源通常指
可见光,即指能刺激人的视觉的
电磁波,它的
频率范围为:3.9×1014——7.6×1014赫之间。这只是整个
电磁波谱中范围极小的一部分。在更广泛的意义上讲,光应包括频率低于3.9×1014赫的红外线和频率高于7.6×1014赫兹的紫外线。发射(可见)光的物体叫做(可见)光源。太阳是人类最重要的光源。可见光源有热辐射高压光源(如
白炽灯)、气体放电光源(如
霓虹灯、
荧光灯)等。光源有分自然光、
人造光。有生命的一定是自然光,如水母、萤火虫等,没有生命的不一定是人造光,如恒星、太阳等。
热辐射光源是利用
热辐射来发光的。由热辐射理论可知,温度越高,
发光效率也越高。白炽灯是
爱迪生于1879年首先试制成功的。他选择熔点高的碳做材料,制成碳丝,密封在抽成真空的玻璃管内,通以电流,碳丝就发热发光。由于碳易挥发,工作温度不能超过2100K。后来,选用熔点稍低于碳,但不易挥发的钨做材料,工作温度可达2400K,从而提高了发光效率。现代热辐射的新光源有
碘钨灯、
溴钨灯,发光效率更高。
值得一提的是,
发光二极管(LED)。这是一种能将电能转化为光能的
半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现,早期只能发出低光度的红光,之后发展出其他
单色光的版本,时至今日能发出的光已遍及可见光、
红外线及
紫外线,光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为
指示灯、显示板等;随着技术的不断进步,发光二极管已被广泛地应用于显示器、
电视机采光装饰和照明。
气体放电光源是利用电子两电极间加速运行时,与气体原子碰撞,被撞的气体
原子受激,把吸收的电子动能又以辐射发光形式释放出来,这叫做电致发光。不同气体受激发光的频率不同,利用这点可制成各种颜色的霓虹灯。
有的气体放电光源,玻璃管中充的气体受激发射的是不可见光。如水银蒸气在
电场中受激发射的就是紫外线。我们可在玻璃管内壁上涂
荧光粉,紫外线射到荧光粉上,再激发出可见光来,日光灯就是采用这一原理制成的。日光灯是电致发光和光致发光的综合,它的
发光效率比白炽灯好,但
显色性不好。现代新型的气体放电照明光源有低压钠灯、高压钠灯等。
光源按发光原理分,除热辐射发光、电致发光、光致发光外,还有化学发光、生物发光等。化学发光是在
化学反应中以传热发光形式释放其反应能量时发射的光;生物发光是在生物体内由于生命过程中的变化所产生的发光,如萤火虫体内的
萤光素在
萤光素酶作用下与空气发生
氧化反应而发光。
光的传播规律
光的传播规律
光在同种均匀介质中沿直线传播。
小孔成像、
日食和
月食还有影子的形成都证明了这一事实。
撇开光的波动本性,以光的直线传播为基础,研究光在介质中的传播及物体成像规律的学科,称为几何光学。在
几何光学中,以一条有箭头的几何线代表光的传播方向,叫做光线。几何光学把物体看作无数物点的组合(在近似情况下,也可用物点表示物体),由物点发出的光束,看作是无数几何光线的集合,光线的方向代表光能的传递方向。这些概念显然与光的波动本性相违背,但是如果我们所讨论的研究对象的尺寸远远大于光的波长,而它的细微结构也不必十分严密考虑的情况下,由几何光学得出的结论还是很好的近似。(应用
波动光学,可以得到光的传播问题的严密的解),由于
几何光学方法简捷,在解决光学技术问题中,经常用到它。
几何光学中光的传播规律有三:
(1)光的直线传播规律
光在同种均匀介质中总是沿着直线传播的;光在同种均匀介质中沿着直线传播的速度恒定。
(2)光的独立传播规律两束光在传播过程中相遇时互不干扰,仍按各自途径继续传播,当两束光会聚同一点时,在该点上的
光能量是简单相加。
(3)
光的反射和
折射定律。光传播途中遇到两种不同介质的分界面时,一部分反射,一部分折射。
反射光线遵循
反射定律,
折射光线遵循折射定律。
光速
光(电磁波)在真空中的传播速度。2013年公认值为C=299 792 458 米/秒(精确值)。
一般四舍五入为3x108米/秒,是最重要的物理常数之一。
17世纪以前,天文学家和物理学家都认为光速是无限大的,宇宙恒星发出的光都是瞬时到达地球。
伽利略首先对此提出怀疑,他于1607年在两山顶间做实验测光速,由于光速太大而实验装置又太简陋,未获成功。1676年丹麦天文学家罗默,利用天文观测,首次成功测量了光速。1849年法国科学家斐索在实验室里,用巧妙的装置首次成功地在地面上测出了光速。1973年美国标准局的埃
文森采用激光方法利用频率和波和测定光速为(299792 458+1.2)米/秒。经1975年第15届国际计量大会确认,上述光速作为国际推荐值使用。1983年第17届国际计量大会上通过米的新定义为“
真空”中光在1/299 792 458秒时间间隔内行程的长度。
这样,光速已成为定义值,它的精确度为零。今后也无需再做精密测量了。而
长度单位米、时间单位秒是通过这个定义值直接联系的。
狭义相对论的基本原理之一是
光速不变原理。这与光速定义为一固定值是相一致的。不过迄今还有人仍在检验在更高的精确度下,光速究竟是否恒定。
除真空外,光能通过的物质叫做(光)介质,光在介质中传播的速度小于在真空中传播的速度,光在水中的速度:2.25×108m/s。光在玻璃中的速度:2.0×108m/s 。光在冰中的速度:2.30×108m/s。光在空气中的速度:3.0×108m/s(约数,实际上应小于299792458米/秒) 。光在酒精中的速度:2.2×108m/s。