La relación entre las fluctuaciones de la luz y la longitud de onda.
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¿Qué son las fluctuaciones de la luz?
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Primero, la variabilidad de la luz
1. Interferencia de la luz: cuando dos ondas de luz son Cuándo. se encuentran en el aire, se superponen, siempre fortaleciéndose en algunas zonas y debilitándose en otras, con franjas alternas o franjas de colores.
Condiciones de interferencia lumínica: Existen dos fuentes de ondas cuyas condiciones de vibración son siempre las mismas, es decir, fuentes de ondas coherentes (las frecuencias de las fuentes de ondas coherentes deben ser las mismas).
Hay dos formas de formar una fuente de onda coherente:
Utilizar un láser (porque los láseres emiten una excelente luz monocromática).
(2) Intente dividir el mismo haz en dos haces (de modo que ambos haces provengan de la misma fuente de luz, por lo que las frecuencias deben ser iguales).
(3) Experimento de la doble rendija de Young:
Línea brillante: la diferencia de trayectoria óptica desde un determinado punto de la pantalla hasta la doble rendija es igual a un múltiplo entero de la longitud de onda, es decir, δ = n λ (n = 0, 1, 2,...).
Línea oscura: La diferencia de camino óptico desde un determinado punto de la pantalla hasta la doble rendija es igual a un múltiplo impar de la mitad de la longitud de onda, es decir, δ = (n = 0, 1, 2 ,...)
La distancia entre líneas brillantes adyacentes (líneas oscuras). La longitud de onda de la luz monocromática se puede determinar mediante esta fórmula. Cuando se utiliza luz blanca para realizar un experimento de interferencia de doble rendija, dado que las longitudes de onda de los distintos colores de luz en la luz blanca son diferentes, el espaciado de las franjas de interferencia también es diferente, por lo que hay una línea blanca brillante en el centro de la pantalla y rayas de colores en ambos lados.
(4) Interferencia de película delgada:
Aplicación:
Se forma una fina capa de aire entre el plano de detección y el modelo estándar, y se ilumina con luz monocromática. La luz incidente refleja dos ondas luminosas en las superficies superior e inferior de la fina capa de aire, que se superponen en el espacio. Franjas de interferencia uniformes: la superficie es lisa: el plano detectado es desigual;
Recubrimiento antirreflectante: el espesor de la película transparente recubierta sobre la superficie de la lente es la longitud de onda de la luz incidente en la película. La diferencia de trayectoria óptica de la luz reflejada en ambos lados de la película es exactamente. iguales a la mitad de la longitud de onda, anulándose entre sí, reduciendo así la luz reflejada. Aumente la intensidad de la luz transmitida.
Otros fenómenos: el color de las pompas de jabón al sol.
Ejemplo 1. Utilice luz verde para realizar un experimento de interferencia de doble rendija. Aparecen franjas verdes y oscuras en la pantalla de luz. La distancia entre dos franjas verdes adyacentes es δ X. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?
A. una sola La distancia entre la rendija y la rendija doble, δx aumentará.
B. Si la distancia entre costuras dobles aumenta, δx aumentará.
C. Si la distancia entre la doble rendija y la pantalla de luz aumenta, δx también aumentará.
d. Si se reduce el ancho de cada costura doble sin cambiar la distancia entre las costuras dobles, δx aumentará.
Solución: En la fórmula, L representa la distancia desde las dobles rendijas hasta la pantalla, y D representa la distancia entre las dobles rendijas. Por lo tanto, δx no tiene nada que ver con la distancia entre la rendija simple y la rendija doble, y no tiene nada que ver con el ancho de la rendija en sí.
Ejemplo 2. Los montañistas deben prestar atención a evitar la exposición excesiva a los rayos ultravioleta al escalar montañas cubiertas de nieve. En particular, sus ojos no deben estar expuestos a los rayos ultravioleta durante mucho tiempo, de lo contrario su visión se verá gravemente dañada. Algunas personas quieren utilizar el principio de interferencia de película delgada para diseñar gafas que puedan reducir en gran medida el daño de los rayos ultravioleta a los ojos. El índice de refracción del material de película que eligió es n = 1,5 y la frecuencia ultravioleta que debe eliminarse es 8,1 × 1068.
Solución: Para reducir los rayos ultravioleta que ingresan a los ojos, la luz incidente reflejada desde el frente y el reverso de la película debe superponerse e intensificarse, por lo que la diferencia de trayectoria óptica debe ser un múltiplo entero de la longitud de onda, por lo que el espesor de la película debe ser al menos la mitad de la longitud de onda ultravioleta.
La longitud de onda de los rayos ultravioleta en el vacío es λ=c/ν=3,7×10-7m en la película.
2. Difracción de la luz:
Ten en cuenta que la expresión de la difracción debe ser precisa.
Obstáculos de diversas formas pueden difractar la luz.
⑵La condición para que se produzca una difracción obvia es que el tamaño del obstáculo (o agujero) pueda ser comparable o incluso menor que la longitud de onda.
(3) Fenómeno de difracción: alternancia de franjas claras y oscuras o franjas de colores.
(En comparación con las franjas de interferencia, la franja central brillante es desigual porque es más ancha en ambos lados y más estrecha en ambos lados. Si es blanca, habrá una franja central brillante blanca.)
Ejemplo 3. Comparado con el patrón de difracción obtenido por luz paralela que pasa a través de un pequeño agujero y el punto brillante de Poisson, la siguiente afirmación es correcta.
A. Hay un punto brillante en el centro del patrón de difracción.
B. El anillo oscuro alrededor del punto brillante central del punto brillante de Poisson es más ancho.
C. El centro del patrón de difracción de difracción estenopeica es un punto oscuro, y el centro del patrón de punto brillante de Poisson es un punto brillante.
D. El espacio entre las franjas claras y oscuras en el patrón de difracción de difracción estenopeica es uniforme, mientras que el espacio entre las franjas claras y oscuras en el patrón de puntos brillantes de Poisson es desigual.
Solución: De las imágenes del libro de texto, podemos ver que las opciones A y B son correctas, y las opciones C y D son incorrectas.
3. Espectro:
El análisis espectral se puede realizar mediante espectroscopia atómica o espectroscopia de absorción. El espectro solar es un espectro de absorción y los componentes de la atmósfera solar se pueden encontrar en las líneas oscuras del espectro solar.
4. Teoría electromagnética de la luz:
(1) Basado en el hecho de que las ondas electromagnéticas y la luz se propagan a la misma velocidad en el vacío, Maxwell propuso que la luz es esencialmente una onda electromagnética. Esta es la teoría electromagnética de la luz. Hertz demostró experimentalmente la exactitud de la teoría electromagnética de la luz.
⑵Espectro electromagnético. El orden de las longitudes de onda de mayor a menor es: ondas de radio, rayos infrarrojos, luz visible, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Entre varias ondas electromagnéticas, a excepción de la luz visible, existe una superposición entre dos bandas de ondas adyacentes.
El mecanismo de generación de diversas ondas electromagnéticas es el siguiente: las ondas de radio se generan mediante el movimiento periódico de electrones libres en un circuito de oscilación; los electrones de la capa externa de los átomos se excitan para producir luz infrarroja, luz visible. y la luz ultravioleta; los electrones dentro de los átomos. Los rayos roentgen se producen después de excitarse; los rayos gamma se producen después de excitar los núcleos atómicos.
⑶Las principales características de los rayos infrarrojos, los rayos ultravioleta y los rayos X y sus ejemplos de aplicación.
Tipos
Producción
Atributos principales
Ejemplos de aplicación
Infrarrojos
Todo Todo se puede lanzar.
Efecto térmico
Detección remota, control remoto, calefacción
Luz ultravioleta
Todos los objetos de alta temperatura emitirán
Efectos químicos
Fluorescencia, esterilización
Rayos roentgen
Los rayos catódicos inciden en una superficie sólida.
Fuerte capacidad de penetración
Perspectiva del cuerpo humano, detección de defectos metálicos
Para transmitir la transmisión en vivo del sitio de lanzamiento del cohete, el sitio de lanzamiento ha configurado una plataforma de lanzamiento para transmitir señales de radio y televisión. La longitud de onda de las ondas electromagnéticas utilizadas para la radio es de 550 m y la utilizada para la televisión es de 0,566 m. Para evitar que las colinas cercanas al sitio de lanzamiento bloqueen la señal, es necesario construir una estación repetidora en la cima de la colina para transmitir la señal. porque la longitud de onda de la señal es demasiado _ _ _ _.
Solución: Cuanto más larga es la longitud de onda de la onda electromagnética, más fácil es difractarla significativamente. Cuanto más corta es la longitud de onda, menos obvia es la difracción y se propaga linealmente. En este momento, es necesario construir una estación repetidora en la cima de la montaña. Entonces, la estación repetidora en este problema debe transmitir la señal de televisión porque su longitud de onda es demasiado corta.
Ejemplo 5. La imagen de la derecha muestra la estructura de un tubo de rayos X Roentgen. La fuente de alimentación E calienta el filamento K, emitiendo así electrones calientes. Los electrones calientes vuelan hacia el cátodo opuesto A a gran velocidad bajo la acción del fuerte campo eléctrico entre K y A. El flujo de electrones golpea la superficie del electrodo A y excita alto. ondas electromagnéticas de frecuencia, es decir, rayos X. Las siguientes afirmaciones son correctas
a, P y Q deben conectarse a corriente continua de alto voltaje y Q debe conectarse al electrodo positivo.
B.p, Q y Q deben conectarse a corriente alterna de alto voltaje.
C.K, A Entre K y A hay un flujo de electrones de alta velocidad, es decir, rayos catódicos, rayos X, es decir, ondas electromagnéticas de alta frecuencia, emitidos desde A.
D. La frecuencia de los rayos X emitidos por a es la misma que la frecuencia de la corriente alterna entre p y q.
Solución: La dirección del campo eléctrico entre K y A siempre debe ser hacia la izquierda, por lo que P y Q deben conectarse a corriente continua de alto voltaje, y Q debe conectarse al electrodo positivo. Los rayos X se emiten desde A y su frecuencia está determinada por la energía del fotón. Si el voltaje entre P y Q es U, la frecuencia de los rayos X puede alcanzar hasta Ue/h.
En segundo lugar, la naturaleza partícula de la luz
1. Efecto fotoeléctrico
(1) El fenómeno de que un objeto emite electrones bajo la irradiación de luz se llama efecto fotoeléctrico. (En el dispositivo de la derecha, se utiliza una lámpara de arco para iluminar una placa de zinc, y los electrones salen volando de la superficie de la placa de zinc, cargando positivamente el electroscopio originalmente descargado).
(2) La teoría del fotón de Einstein. La luz es discontinua y cada fotón se llama fotón. La energía del fotón E es proporcional a la frecuencia ν de la luz: E=hν.
(3) Ley del efecto fotoeléctrico:
Varios metales tienen una frecuencia límite ν0, y el efecto fotoeléctrico solo puede ocurrir cuando ν≥ν0
Instantáneo ( La generación de fotoelectrones no supera los 10-9s).
③La energía cinética inicial máxima de los fotones no tiene nada que ver con la intensidad de la luz incidente, y solo aumenta con el aumento de la frecuencia de la luz incidente.
④Cuando la frecuencia; de la luz incidente es mayor que la frecuencia límite, la intensidad de la fotocorriente es proporcional a la intensidad de la luz incidente.
⑷Ecuación del efecto fotoeléctrico de Einstein: Ek= hν-W (Ek es la energía cinética inicial máxima de los fotoelectrones; w es la función de trabajo, es decir, lo que hacen los fotoelectrones volando directamente desde la superficie del metal para superar la atracción de cargas positivas Trabajo )
Ejemplo 6. Para la ecuación del efecto fotoeléctrico de Einstein EK = hν-W, la siguiente comprensión es correcta.
A. Mientras el mismo metal se ilumine con luz de la misma frecuencia, todos los fotoelectrones que escapan del metal tendrán la misma energía cinética inicial EK.
El B w en la fórmula representa el trabajo realizado por cada fotoelectrón para superar la atracción de las cargas positivas en el metal cuando sale volando del metal.
La relación w = h ν0 debe satisfacerse entre la función de trabajo w y la frecuencia límite ν0.
La energía cinética inicial máxima de los fotoelectrones es proporcional a la frecuencia de la luz incidente.
Solución: W EK = hν-W en la ecuación del efecto fotoeléctrico de Einstein representa el trabajo realizado por los fotoelectrones que escapan directamente de la superficie del metal para vencer la fuerza gravitacional de las cargas positivas en el metal, por lo que es el trabajo realizado por todos los fotoelectrones que escapan superando la fuerza gravitacional. El valor mínimo del trabajo. La energía cinética inicial correspondiente a los fotoelectrones es la mayor entre todos los fotoelectrones. La energía cinética inicial de otros fotoelectrones es menor que este valor. Si la frecuencia de la luz incidente es la frecuencia límite, sólo una parte de los fotoelectrones puede escapar. Se puede entender que la energía cinética inicial máxima del fotoelectrón escapado es 0, por lo que W = hν0. De EK = hν-W se puede ver que la relación entre EK y ν es una función lineal, pero no una relación proporcional. Deberías elegir c para esta pregunta.
En tercer lugar, la dualidad onda-partícula de la luz
1. La dualidad onda-partícula de la luz
La interferencia, la difracción y la polarización se basan en hechos irrefutables. muestran que la luz es una onda; el efecto fotoeléctrico y el efecto Compton utilizan hechos irrefutables para demostrar que la luz es una partícula, por lo que la física moderna cree que la luz tiene dualidad onda-partícula;
2. Comprender correctamente la dualidad onda-partícula
La onda mencionada en la dualidad onda-partícula es una onda de probabilidad, que tiene significado para una gran cantidad de fotones. La partícula mencionada en la dualidad onda-partícula se refiere a su discontinuidad y es un tipo de energía.
(1) El efecto de un solo fotón suele ser similar al de una partícula; el efecto de una gran cantidad de fotones a menudo se manifiesta como fluctuaciones.
⑵ Los fotones altos tienden a mostrar partículas; los fotones con V baja tienden a mostrar fluctuaciones.
⑶La luz a menudo exhibe propiedades ondulatorias durante la propagación; cuando interactúa con la materia, a menudo aparece en forma de partículas.
⑷ Se puede ver en las expresiones de la energía fotónica E=hν y el momento fotónico que la fluctuación de la luz no es inconsistente con la naturaleza de las partículas: las fórmulas de cálculo de la energía y el momento de las partículas que representan la naturaleza de las partículas contienen la fórmula que representa las ondas cantidades físicas características: frecuencia ν y longitud de onda λ.
Entrevistado: 615336-Aprendiz de Magia Nivel 1 2008-4-5 19:28
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La opinión del interrogador sobre la respuesta Calificación: Gracias
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Demandado: Keating 2008 -Período de prueba Nivel 1 2008-4-5 17:43
El establecimiento de la teoría ondulatoria de la luz;
En 1850, el experimento de Foucault descubrió que la onda de luz en el agua La La velocidad es menor que en el aire, lo que ilustra la diferencia entre las ondas de luz y las ondas de sonido. En 1865, Maxwell propuso la teoría del campo electromagnético y predijo las ondas electromagnéticas. Luego se señaló que las ondas de luz son ondas electromagnéticas, es decir, se propuso la teoría electromagnética de la luz. En 1888, Hertz confirmó la existencia de ondas electromagnéticas en el laboratorio. Más tarde se demostró además que las ondas electromagnéticas, al igual que las ondas de luz, pueden irradiar, refractar, interferir, refractar y polarizar. Tanto las ondas de luz como las ondas electromagnéticas pueden propagarse en el vacío, y la velocidad de propagación es igual a c = 3×108 m/s. Muchas de las similitudes anteriores no son coincidencias ni accidentes, sino que las ondas de luz son ondas electromagnéticas, lo que una vez más lo demuestra. ¡Que hay necesidad en el azar! El establecimiento de la teoría ondulatoria de la luz aclaró la naturaleza de las ondas luminosas. Las ondas luminosas no son ondas macroscópicas, como las ondas mecánicas propuestas en la época de Huygens. Desde entonces, las fluctuaciones de la luz se han comprendido y desarrollado rápidamente.
Referencia:
/question/12697621. fr=qrl
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