理化综合第8章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第八章光现象及其应用,第一节光的传播,一、光源,宇宙中的物体，有的是发光的，有的是不发光的。我们把自行发光的物体叫做光源。太阳、电灯、蜡烛等，都是光源。我们能够看见树木、房屋，能够看见舞台上的人物，也是由于光从那里进入了我们的眼睛，但这些物体本身不能发光，光源发出的光照到这些物体上，这些物体又把光反射到我们的眼睛里，才使我们看见了它们。,二、光的直线传播,光能够在空气、水、玻璃这些透明物质中传播，这些物质叫做光的介质。在小学和初中我们已经学过，光在一种均匀介质中是沿直线传播的。自然界的许多现象，如影子、日食、月食、小孔成像等，都是光沿直线传播所产生的。,三、光速、光疏介质和光密介质,光的传播速度很快，地球上的光源发出的光，到达我们眼睛所用的时间很短，根本无法觉察，所以历史上很长一段时间里，大家都认为光的传播是不需要时间的。直到17世纪，人们才认识到光是以有限的速度传播的。,光速是物理学中一个非常重要的基本常量，在通常的计算中可取,玻璃、水、空气等其他介质中的光速都比真空中的光速小。,两种介质比较时，我们把光速大的介质叫做,光疏介质,，光速小的介质叫做,光密介质,。,四、光的反射和折射,阳光能够照亮水中的鱼和水草，同时我们也能通过水面看到自己的倒影；这说明光从空气射到水面时，一部分光射进水中，另一部分光被反射，回到空气中。一般说来，光从一种介质射到它和另一种介质的分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做,光的反射,；而斜着射向界面的光进入第二种介质的现象，叫做,光的折射。,实验表明，光的反射遵循以下规律：,(1)反射光线和入射光线、界面的法线在同一个平面，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧;,(2)反射角等于入射角。,这就是我们在初中学过的光的反射定律。,由于反射角跟入射角总是相等的，所以如果使光线逆着的反射光线入射到两种介质的界面上，反射后会沿着原来的光线射出。这表明，在反射现象中光路是可逆的。,实验表明，光的折射遵循以下规律：,(1)折射光线和入射光线、界面的法线在同一个平面，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧;,(2)光线从光疏介质进入光密介质(例如由空气射入玻璃)时，折射角小于入射角。,图8-1所示。,类似于反射，在折射中，光线可逆。例如，由玻璃射入空气，折射角大于入射角。,五、光的全反射,既然光由光密介质射入光疏介质时折射角大于入射角，由此可推测，当入射角增大到一定程度时，折射角就会十分接近90,，折射光线几乎沿着平行于界面的方向传播。如果入射角再增大，会出现什么情况呢?图8-2中的手电筒以不同的角度从水下把光射向水面，这个过程生动地表现了我们的推测。,可以通过实验验证这个推测，如图8-3所示，让光透过玻璃射到玻璃砖的平直的边上，可以看到一部分光通过这条边折射到空气中，另一部分反射回玻璃砖内。逐渐增大入射角，会看到折射光线离法线越来越远，而且亮度越来越弱，反射光线却越来越强。当入射光线增大到一定角度，使折射光线达到90,时折射光线完全消失，只剩下反射光线。这种现象叫做,全反射,。,六、光导纤维,同学们可能早就听说过,“,光纤通信,”,这个术语了。光纤通信就用到了全反射的知识。,光纤是光导纤维的简称，它是一种非常细的玻璃丝，直径只有几微米到一百微米，而且分为内芯和薄薄的外套两部分(见图8-4)，内芯的折射率比外套大，因此光在内芯中传播时会在内芯和外套的界面上发生全反射。光波实际上也是一种电磁波，它像无线电波那样也,能用来传递信息。载有语音、图像及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以沿光纤传到千里以外的另一端，实现光纤通信。,把一束玻璃纤维的两端按相同规律排列，具有不同亮暗程度的图像就能从一端传到另一端(见图8-5)。用玻璃纤维也可以制内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等内脏的内部。实际的内窥镜装有两组光纤，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观察(见图8-6)。,七、光的色散,光学中经常使用的横截面为三角形的玻璃柱，叫做,三棱镜,，简称棱镜。图8-7所示的光线在射入棱镜和射出棱镜时经过两次折射。从图中可以看出，由于图8-7射入棱镜时是从光疏介质进入光密介质，所以折射光线向法线靠近，光射出棱镜时正好相反，远离法线。,太阳、日光灯等发出的光，没有特定的颜色，叫做,白光,。,我们预期可以看到一个跟狭缝宽窄相同的亮线。但是实际上却出现了许多具有不同颜色的亮线，它们互相连接，形成一条彩色亮带。这条亮带叫做光谱。这个现象说明了两个问题:第一，白光实际上是由各种单色光组成的复色光；第二，不同的单色光通过棱镜时的偏折程度不同，这表明不同颜色的光在同一种介质中的传播速度不一样。由于实验中红光偏折的程度最小，紫光偏折的程度最大，所以，在同种介质中，按照红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序从红光到紫光，传播速度一个比一个小。,一般来说，复色光分解成单色光的现象，叫做色散。,八、光的能量,光具有能量，它可以使物体变热，使照相底片感光，使光电池供电。这时光能分别转化成内能、化学能、电能。光源发光要消耗其他形式的能，把其他形式的能转化成光能。电灯发光消耗电能，蜡烛发光消耗化学能，太阳发光消耗太阳内部的核能。,第二节激光,1960年，人类在实验室里激发出了一种自然界中没有的光，这就是激光。,光是从物质的原子中发射出来的。原子获得能量以后处于不稳定状态，它会以光子的形式把能量发射出去。但是，普通的光源，如白炽灯，灯丝中每个原子在什么时刻发光，朝哪个方向发光，都是不确定的，发光的频率也不一样。这样的光在叠加时，一会儿在空间的某点相互加强，一会儿又在这点相互削弱，不能形成稳定的亮区和暗区，所以不能发生干涉。这样的光是不相干光。只有频率相同、,“,步调协调,”,的光才是相干光。激光是一种人工产生的相干光，这是它的第一个特点。,激光的,另一个特点,是它的平行度非常好。由于平行度好，所以在传播很远的距离后仍能保持一定的强度。激光的这个特点使它可以用来进行精确的测距。对准目标发出一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲和收到回波的时间间隔，就可以求出目标的距离。,激光测距雷达就是根据这个原理制成的。多用途的激光雷达不仅可以测距离，而且能根据多普勒效应测出目标的运动速度，从而对目标进行跟踪。,激光,还有一个特点,是亮度高，也就是说它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。如果把强大的激光束会聚起来照到物体上，可以使物体的被照部分在不到千分之一秒的时间内产生几千万摄氏度的高温，最难熔化的物质在这一瞬间也要气化了。,原子核聚变时释放的核能是一种很有利用前景的能源。怎样使原子核在人工控制下进行聚变反应，这是各国科学家研究的重要课题。一个可能的实现途径是，把核燃料制成小颗粒，用激光从四面八方对它进行照射，利用强激光产生的高压引起聚变。,