这些都是我当时从网上找到的一些资料,比较乱。如果你希望详细系统地学习,请看一些大学教材。
光子(又叫光量子)是一种静止质量为零的粒子j具有能量和动量。它的能量表示式为E=hυ(υ为频率,h为普朗克恒量),动量表示式为p=E/c(c为光速)。
(2)说明
光子说的实验基础是
a.黑体辐射;
b.光电效应;
c.康普顿效应。
根据这些实验提出光子说,即电磁辐射的发射和吸收是不连续的,它们是一份一份地进行的。每一份能量叫做一个能量子(或光量子、光子)。在空间传播的光(即电磁辐射)也是由光子组成。每个光子所具有的能量E和它的频率”成正比,即E=hυ,比例常数万是一个普适恒量,叫做普朗克恒量(或普朗克常数)。由于υ=c/λ(λ为波长),光子的动量p=E/c=hυ/c=h/λ。
光速是光子运动的传播速度,
关于光的产生

最经典的理论就是原子能量跃迁发射光子的理论。这样的理论认为原子从能量场或者受到能量物质的撞击中获得能量后其电子能级(运行轨道)就会产生从低能级(轨道)向高能级(轨道)的跃迁,并吸收能量。同理当其电子因为激发作用从高能级向低能级跃迁时就会发射出光子释放能量。光就是原子从高能级向低能级跃迁时辐射的具有能量的“光物质–光子”。如: “当原子从一能量较高的定态向能量较低的定态跃迁时,将以光的形式发射出一个光子,而原子从能量较低的定态向能量较高的定态跃迁时,必吸收一个具有一定能量的光子,此发射与吸收的光子的能量皆为 hv=Em-En…..” 这样的理论有大量的计算公式证实了原子在发光过程中的能量交换现象。并被认为比较“圆满”地解释了发光的原理。
然而,精灵总觉得这跃迁的道理好像还没有讲完:
* 能量跃迁是电子运行轨道的变化不是吗?是因为原子吸收了能量(注意不是吸收物质)从而使电子从离核较远的轨道跃迁至离核较近的轨道。这样的状态改变,不是物质的增加,只是能量的增加,是物质能量的增加造成了物质结构的变化。但是,为什么当这样的过程被倒运行,即电子从高能级向低能级跃迁时,除了轨道的还原外,却还辐射了“光物质”–光子来,而不是之前所增加的能量呢?这样,原来的原子因为“缺失了”“光物质”还可能是原来的原子吗?况且,光子是不断地被发射出来的,这样,电灯之类的发光物体岂还能继续完好地存在?如果说,电至发光现象是电子变成了光子,也就是说电子流经发光物质时转换成了光子。那么,电源物质的电子也必然会缺失,那么,像发电机这样的电源。金属铜线中缺失的电子又从哪里得到补充。现有的发电机理由如何解释?
* 大家知道光是电磁波,上述光子的辐射如何体现波的性质呢?光的频率应该是光子的飞行速度还是光子的自旋速度呢?或者是来回跃迁的频率呢?再获者是与多光子运动时形成的“波浪”前行的速率呢?也许就只能求助“函数统计”或者“统计函数”这一人为的高招了。然而,这“函数统计”或者“统计函数”又是怎样的情形呢?它真实地体现了,或者它就是物质运动的实际吗?这里面的奥秘可能就不是像精灵这样的普通人所能理解的了。
* 轨道跃迁应该是原子核和电子能量同时增加的结果。即,应该是原子能量的总体增加。电子的轨道改变了,这是能量作用的结果,这可以理解。而相应的原子核呢?其能量增加的状态时什么呢?是物质的增加还是转速的增加呢?(物质的增加,我们没有发现,自转加快却是可以证实。)
电子轨道跃迁是发光机理中的一个已经被证实了的现象。
因此,我们能否这样联想: 电能,电磁能,或其他的能量使电子轨道跃迁。 跃迁就是电子轨道向核靠近,原子体积缩小,核的自传速度加快,从而使原子的自传加快的现象。原子的自传加快就是原子周围的磁场周期性变化加快,也即频率加快;如果这个加快的频率达到了光的波段。光的能量通过物质的旋转运动传导到了我们的眼睛里。
好!这样,光不就产生了吗? 光的能量性质,光的脉冲现象,光的频率,光的波长,光的能量转换,光的物质运动形态,光的波粒两相性等等不都一一迎刃而解了吗? 这样,磁、电、光(电磁波)之间的内在的能量转换联系不也就清晰起来了吗?
仅仅是因为加入了旋转的因素啊。现有的光的波理论,光的粒子理论恰恰都忽略了“旋转”这一物质最普遍,最基本的运动形态。没有将旋转因素纳入光的两相性的阐释。
是啊,多么圆满的结局。但,别高兴得太早。 这样的结果,仅仅是建立在原子的运动是磁力线(能量)穿过原子核的轴心造成的推理之上的。是建立在磁场能量运动是由磁力线的纵横矢量构成的推理之上的。虽然,精灵认为这样的推理是很可能被实验证实的。因为,它几乎解释了精灵在光问题上的困惑。但,这毕竟是推理。
关键就是对物质原子,以致物质旋转机理的揭示。
光子说理论认为光是由一份一份的光子组成的。光子有一定的能量和动量,能够表现出粒子性。光在介质中传播,光子和组成介质的原子发生相互碰撞,平均速度变小。
从波动说的角度看,光会受到原子晶格的散射,产生频移(频率变化),而动量跟频率成正比,所以速度(反映为动量)也随之变化。
首先由夫琅和费衍射远场衍射理论分析和公式表达来看,屏上的衍射花样是由衍射因子和干涉因子共同作用产生,并且是干涉因子受到衍射因子的调制作用。其中影响干涉因子的主要因素是这种周期性排列的小孔(或狭缝)的间隔距离,而影响衍射因子的主要因素是这种周期性排列的小孔(或狭缝)本身的孔径(或缝宽)。
因此(这里首先给出一个例子以便于你的理解),例如对于光栅(是由周期性排列的狭缝组成),只要我保持每个狭缝的间隔不变,那么当我把全部的狭缝都变成相同的圆孔或者其他任意相同的形状后,此时即为改变了衍射因子而干涉因子不变,在屏上出现的条纹形状不会改变,只是位置会变化,你可以由夫琅和费单孔衍射公式计算出这么一个孔(或者是任意图形)的衍射因子,用它对原来的干涉图样进行调制,就可以的得出现在屏上的图样了。
现在回答你提的问题1)等间隔地排列(沿一条直线)此时你可以先不管它是什么,把圆孔全部换成狭缝,由前面的讨论我们知道这样只会影响衍射因子,而干涉因子不变,所以屏上肯定是一条条的细条纹,接下来再分析琅和费单孔衍射 对这些细条纹进行调制即可得到屏上衍射花样,)(2)间隔不等地随机排列 这个我只能定性分析 具体的你可以划分到每个积分区间求出干涉场,再拿单孔衍射对它调制就可以得到。应该说和前者的图样差别也仅仅是亮条纹的位置变了,形状不变。至于把圆孔全部换成单缝,这在前面已经讨论过,不赘述。
为了理解圆孔的夫琅和菲衍射,我们先理顺一下夫琅和菲狭缝衍射的现象。
狭缝衍射图样是一组平行于狭缝的直条纹。
单缝衍射:中央条纹又宽又亮,称为“中央主极强”,两侧各级亮纹等间距分布,其宽度只有中央主极强的一半,且随级次增高强度很快下降。
双缝:不仅有每一个缝的衍射,而且通过两缝的光波还有干涉。干涉的效果是在单缝衍射图样内又增加了一些等间距平行直条纹,这些干涉条纹的数量取决于 每一缝的宽度与两缝间距的比值。
等间距多缝:缝数增多的效果是上述干涉条纹变得细锐而明亮,而条纹的位置仍和双缝衍射时一样。
光栅、鬼线:缝的数量很大时的多缝衍射就是光栅衍射。如果光栅制作上有缺陷,缝间距略有变化,则在有规律的衍射条纹中就会出现一些多余的条纹,这就是“鬼线”。
不规则间距的多缝衍射:如果多缝的缝距极不规律,那么就会出现很多“鬼线”把本应是暗纹的位置填满,衍射图样就被搞乱了,看不出图样了。
圆孔的夫琅和菲衍射
单个圆孔的衍射:图样是一组同心圆,中央亮斑又大又亮,称为“爱里斑”。外侧的各级亮环强度下降得很快,而且环间距略有变化。
双孔:类似双缝,在单孔衍射图样内又增加了一些等间距条纹。理论上这些条纹不是直线,是一组双曲线,但实际上通常我们只观察其中央附近的区域,所以仍看作是直线条纹。(扬氏双孔干涉)
等间距多孔:条纹变得细锐而明亮。
不规则间距:衍射图样就被搞乱了,看不出图样了。
那是因为衍射的能量的空间分布和干涉的时候不一样,衍射的时候,大部分能量还是直接透过缝隙到达屏幕上的,0极衍射的能量最大,级别越大,能量越小,衰减得很迅速。I1=0.4053*I0, I2=0.04718*I0, I3=0.01694*I0……
干涉的时候,由于两束光的相互作用,能量在空间的分布发生了变化,理想的情况就是出现等间距、等亮度的条纹
1.光的衍射现象。
(1)光的衍射:光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环叫衍射图样。
(2) 1)单色光衍射的明暗条纹是不等间距的,且中央为宽而亮的条纹;
2)白光衍射时得到彩色条纹,中间为白色。
(3)光产生明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸比波长小,或者跟波长差不多。
(4)“泊松竞斑”(在不透明小圆扳的阴影中心有一个亮斑)证实光的波动性。
2.光线传播规律:光沿直线传播只是一种近似的规律,当光的被长比孔或障碍物小得多时,光可看成沿直线传播。在孔或障碍物尺寸可以跟波长相比、甚至比波长还要小时,衍射就十分明显。
衍射又称为绕射,光线照射到物体边沿后通过散射继续在空间发射的现象。如果采用单色平行光,则衍射后将产生干涉结果。相干波在空间某处相遇后,因位相不同,相互之间产生干涉作用,引起相互加强或减弱的物理现象。 衍射的条件,一是相干波(点光源发出的波),二是光栅。 衍射的结果是产生明暗相间的衍射花纹,代表着衍射方向(角度)和强度。根据衍射花纹可以反过来推测光源和光珊的情况。 为了使光能产生明显的偏向,必须使“光栅间隔”具有与光的波长相同的数量级。用于可见光谱的光栅每毫米要刻有约500到500条线 。 1913年,劳厄想到,如果晶体中的原子排列是有规则的,那么晶体可以当作是X射线的三维衍射光栅。X射线波长的数量级是10-8cm ,这与固体中的原子间距大致相同。果然试验取得了成功,这就是最早的X射线衍射。 显然,在X射线一定的情况下,根据衍射的花样可以分析晶体的性质。但为此必须事先建立X射线衍射的方向和强度与晶体结构之间的对应关系
用惠更斯原理解释波的衍射现象
从波源发出的波经过同一传播时间到达的各点所组成的面,叫做波面(或波前).荷兰物理学家惠更斯经过长期研究,于1690年提出了一条关于波的传播的重要原理,叫做惠更斯原理,这一原理是:波面上的各点可以看做是新的波源,叫做子波源.从这些子波源发出的子波所形成的包面(或包迹),就是下一时刻的新的波面.
用惠更斯原理很容易说明水波通过障碍物的缝时的衍射现象.设波阵面为直线形的水波,到达障碍物的缝时,缝上各点成为新的子波源.以这些子波源为中心作半径为vt(v为波速)的半圆面,再作与半圆面相切的包面,这个包面就是波通过缝后在时刻t的波面.从图中可以看出,直线形水波通过缝后,除与缝的宽度相等部分的波面仍为直线外,在缝的边缘处,波面的相当大的一部分发生了弯曲,传播到了障碍物的后面,这就是衍射现象.
当缝的大小(或障碍物的大小)跟波长相差不多时就发生明显的衍射现象.如果缝很宽,其宽度远大于波长,则波通过缝后基本上是沿直线传播的,衍射现象就很不明显了.
用惠更斯原理虽然能定性地解释衍射现象,但不能对衍射现象作出定量的分析.19世纪初法国物理学家菲涅耳补充了惠更斯原理,他认为任一时刻的波面并不是简单地由子波的包迹形成的,而是它们互相干涉的结果.经过这样补充的惠更斯-菲涅耳原理,能够确切地解释波的衍射现象.
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