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光是人类眼睛可以看见的一种电磁波，也称可见光谱。在科学上的定义，光是指所有的电磁波谱。光是由光子为基本粒子组成，具有粒子性与波动性，称为波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。对于可见光的范围没有一个明确的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波长在400-700毫米之间。人们看到的光来自于太阳或借助于产生光的设备，包括白炽灯泡、荧光灯管、激光器、萤火虫等。因为光是人类生存不可或缺的物质，光的成语非常多，也有同名的歌曲。 苏格兰物理学家詹姆士·克拉克·麦克斯韦——19世纪物理学界的巨人之一的研究成果问世，物理学家们才对光学定律有了确定的了解。从某些意义上来说，麦克斯韦正是迈克尔·法拉第的对立面。法拉第在试验中有着惊人的直觉却完全没有受过正式训练，而与法拉第同时代的麦克斯韦则是高等数学的大师。他在剑桥大学上学时擅长数学物理，在那里艾萨克·牛顿于两个世纪之前完成了自己的工作。 牛顿发明了微积分。微积分以“微分方程”的语言来表述，描述事物在时间和空间中如何顺利地经历细微的变化。海洋波浪、液体、气体和炮弹的运动都可以用微分方程的语言进行描述。麦克斯韦抱着清晰的目标开始了工作——用精确的微分方程表达法拉第革命性的研究结果和他的力场。 麦克斯韦从法拉第电场可以转变为磁场且反之亦然这一发现着手。他采用了法拉第对于力场的描述，并且用微分方程的精确语言重写，得出了现代科学中最重要的方程组之一。它们是一组8个看起来十分艰深的方程式。世界上的每一位物理学家和工程师在研究生阶段学习掌握电磁学时都必须努力消化这些方程式。 随后，麦克斯韦向自己提出了具有决定性意义的问题：如果磁场可以转变为电场，并且反之亦然，那若它们被永远不断地相互转变会发生什么情况？麦克斯韦发现这些电—磁场会制造出一种波，与海洋波十分类似。令他吃惊的是，他计算了这些波的速度，发现那正是光的速度！在1864年发现这一事实后，他预言性地写道：“这一速度与光速如此接近，看来我们有充分的理由相信光本身是一种电磁干扰。” 这可能是人类历史上最伟大的发现之一。有史以来第一次，光的奥秘终于被揭开了。麦克斯韦突然意识到，从日出的光辉、落日的红焰、彩虹的绚丽色彩到天空中闪烁的星光，都可以用他匆匆写在一页纸上的波来描述。今天我们意识到整个电磁波谱——从电视天线、红外线、可见光、紫外线、X射线、微波和γ射线都只不过是麦克斯韦波，即振动的法拉第力场。 光分为人造光和自然光。 自身发光的物体称为光源，光源分冷光源和热光源。如图为人造光源。 有实验证明光就是电磁辐射，这部分电磁波的波长范围约在红光的0.77微米到紫光的0.39微米之间。波长在0.77微米以上到1000微米左右的电磁波称为“红外线”。在0.39微米以下到0.04微米左右的称“紫外线”。红外线和紫外线不能引起视觉，但可以用光学仪器或摄影方法去量度和探测这种发光物体的存在。所以在光学中光的概念也可以延伸到红外线和紫外线领域，甚至X射线均被认为是光，而可见光的光谱只是电磁光谱中的一部分。 光具有波粒二象性，即既可把光看作是一种频率很高的电磁波，也可把光看成是一个粒子，即光量子，简称光子。 光速取代了保存在巴黎国际计量局的铂制米原器被选作定义“米”的标准，并且约定光速严格等于299,792,458米/秒，此数值与当时的米的定义和秒的定义一致。后来，随着实验精度的不断提高，光速的数值有所改变，米被定义为1/299,792,458秒内光通过的路程,光速用“c”来表示。 光是地球生命的来源之一。光是人类生活的依据。光是人类认识外部世界的工具。光是信息的理想载体或传播媒质。 据统计，人类感官收到外部世界的总信息中，至少90％以上通过眼睛…… 当一束光投射到物体上时，会发生反射、折射、干涉以及衍射等现象。 光线在均匀同等介质中沿直线传播。 光波，包括红外线，它们的波长比微波更短，频率更高，因此，从电通信中的微波通信向光通信方向发展，是一种自然的也是一种必然的趋势。 普通光：一般情况下，光由许多光子组成，在荧光（普通的太阳光、灯光、烛光等）中，光子与光子之间，毫无关联，即波长不一样、相位不一样，偏振方向不一样、传播方向不一样，就象是一支无组织、无纪律的光子部队，各光子都是散兵游勇，不能做到行动一致。 光反射时，反射角等于入射角，在同一平面，位于法线两边，且光路可逆行。 光的种类 光源可以分为三种。 第一种是热效应产生的光，太阳光就是很好的例子，此外蜡烛等物品也都一样，此类光随着温度的变化会改变颜色。 第二种是原子发光，荧光灯灯管内壁涂抹的荧光物质被电磁波能量激发而产生光，此外霓虹灯的原理也是一样。原子发光具有独自的基本色彩。 第三种是同步加速器（synchrotron）发光，同时携带有强大的能量，原子炉发的光就是这种，但是我们在日常生活中几乎没有接触到这种光的机会。 光的色散 复色光分解为单色光的现象叫光的色散．牛顿在1666年最先利用三棱镜观察到光的色散,把白光分解为彩色光带(光谱).色散现象说明光在媒质中的速度(或折射率n=c/v)随光的频率而变.光的色散可以用三棱镜,衍射光栅,干涉仪等来实现. 白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种色光组成的叫做复色光。红、橙、黄、绿等色光叫做单色光。 色散：复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。色散可以利用棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器来实现。复色光进入棱镜后，由于它对各种频率的光具有不同折射率，各种色光的传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜时就各自分散，形成光谱。 光的电磁说 说明光在本质上是电磁波的理论。电磁辐射不仅与光相同，并且其反射、折射以及偏振之性质也相同）由麦克斯韦的理论研究表明，空间电磁场是以光速传播。这一结论已被赫兹的实验证实。麦克斯韦，在1865年得出了结论：光是一种电磁现象。按照麦克斯韦的理论c/v=√( ε* μ) 式中c为真空中的光速。ν为在介电常数为ε和导磁系数为μ的媒质中的光速，因为c/v=n(折射率),所有n=√( ε* μ) 这个关系式给出了物质的光学常数，电学常数和磁学常数之间的关系。当时从上述的公式中看不出n应随着光的波长λ而改变，因而无法解释光的色散现象。后来罗仑兹在1896年创立了电子论，从这一理论看，介电常数ε是依赖于电磁场的频率，即依赖于波长而变的，从而搞清了光的色散现象。光的电磁理论能够说明光的传播、干涉、衍射、散射、偏振等许多现象，但不能解释光与物质相互作用中的能量量子化转换的性质，所以还需要近代的量子理论来补充。 光的微粒说 关于光的本性的一种学说。17世纪曾为牛顿等所提倡。这种学说认为光由光源发出的微粒、它从光源沿直线行进至被照物，因此可以想像为一束由发光体射向被照物的高速微粒。这学说很直观地解释了光的直进及反射折射等现象，曾被普遍接受；直到19世纪初光的干涉等现象发现后，才被波动说所推翻。1905年提出光是一种具有粒子性的实物（光子）。但这观念并不摒弃光具有波动性质。这种关于光的波粒二象性的认识，是量子理论的基础。 光的波动说 关于光的本性的一种学说。第一位提出光的波动说的是与牛顿同时代的荷兰人惠更斯。他在17世纪创立了光的波动学说，与光的微粒学说相对立。他认为光是一种波动，由发光体引起，和声一样依靠媒质来传播。这种学说直到19世纪初当光的干涉和衍射现象被发现后才得到广泛承认。19世纪后期，在电磁学的发展中又确定了光实际上是一种电磁波，并不是同声波一样的机械波。1888年德国物理学家赫兹用实验证明了电磁波的存在，从此奠定了光的电磁理论。这一理论能够说明光的传播、干射、衍射、散射、偏振等许多现象。但不能解释光与物质相互作用中的能量量子化转换的性质，所以还需要近代的量子理论来补充。 dispersion of light 介质折射率随光波频率或真空中的波长而变的现象。当复色光在介质界面上折射时，介质对不同波长的光有不同的折射率，各色光因折射角不同而彼此分离。1672年，牛顿利用三棱镜将太阳光分解成彩色光带，这是人们首次作的色散实验。通常用介质的折射率n或色散率dn／dλ与波长λ的关系来描述色散规律。任何介质的色散均可分正常色散和反常色散两种。 复色光分解为单色光而形成光谱的现象．让一束白光射到玻璃棱镜上，光线经过棱镜折射以后就在另一侧面的白纸屏上形成一条彩色的光带，其颜色的排列是靠近棱镜顶角端是红色，靠近底边的一端是紫色，中间依次是橙黄绿蓝靛，这样的光带叫光谱．光谱中每一种色光不能再分解出其他色光，称它为单色光．由单色光混合而成的光叫复色光．自然界中的太阳光、白炽电灯和日光灯发出的光都是复色光．在光照到物体上时，一部分光被物体反射，一部分光被物体吸收。如果物体是透明的，还有一部分透过物体。不同物体，对不同颜色的反射、吸收和透过的情况不同，因此呈现不同的色彩。 比如一个黄色的光照在一个蓝色的物体上，那个物体显示的是黑色，因为蓝色的物体只能反射蓝色的光，而不能反射黄色的光，所以把黄色光吸收了，就只能看到黑色了。但如果是白色的话，就反射所有的色。 光的实质：原子核外电子得到能量 跃迁到更高的轨道上 这个轨道不稳定 还要跃迁回来 跃迁回来释放出的就是一个光子 就是以光的形式向外发出能量 跃迁的能级不同 释放出来的能量不同 光子的波长就不同 光的颜色就不一样了 光到底是什么？是一个值得研究，和必需研究的问题。当今物理学院就已经又达到了一个瓶颈，即相对论与量子论的冲突，光的本质是基本微粒还是像声音一样的波（若是波又在什么介质中传播）对未来研究具有指导性作用。 目前比较合理的观点是光既是一种粒子同时又是一种波，具有波粒二相性，就像水滴和水波的关系。
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