新浪博客

第六章光学的故事(五)

2016-10-21 14:57阅读:
第四节 光总是直线传播的吗?
晚饭时,石磊问妈妈,“我们物理课本上讲,在同一介质中,光是沿直线传播的。但是,我看到书架上的母国光的《光学》书上写着‘光的直线传播性,对于光的实际行为,只具有近似的意义,……只能应用于有限的范围’。这意思是说,光不总是沿直线传播的吗?”
妈妈笑着说,“知道找参考书了,很好” ,妈妈看着石磊,认真地说,“光沿直线传播,的确只能应用于有限的范围。
“什么时候光不沿直线传播呢?当光线传播时,遇到物体的几何尺寸很小,与光的波长差不多大小时,光线不再是直线,会绕到物体的后面去。”妈妈停顿了一下,看看石磊在注意听,又说,“这么说吧,我这儿有一支做教鞭用的激光笔,这儿有一个纸屏,上面有一个光滑的很小的孔。我现在用激光笔照在这个小孔上。你说,光通过纸屏的小孔,会出现什么情况?”
“按照我们学过的知识,应该出现一个红色的亮点。”石磊肯定地说。
“实际是怎样的呢?”妈妈将激光笔照在小孔上,石磊用一张白纸放在纸屏后接收那个亮点。
石磊说,“奇怪啊,接收到的图像是中心亮且伴有几圈明暗相间的条纹,光没有完全按直线传播!”
“对!光绕射到了小孔的后面,这在物理上叫衍射,也可以叫绕射。
第六章光学的故事(五)
小孔衍射图像
“光的沿直线传播是有条件的!激光笔的激光波长是6328埃,一埃是10的负10次方米.你可以想象波长的长度,1毫米的长度里,包含有1500多个激光的波长。若小孔的孔径远远大于波长,光线是直线传播,你接收的图像是一个亮点;若小孔的孔径与波长大致相当,光线按照波动光学的理论显示图像。”
“光沿直线传播的条件是,光照射的物体的尺寸要远大于光的波长。对吗?”石磊问。
“对!实际生活中,大部分都满足光沿直线传播的条件,虽然严格细抠,几何光学只是波动光学在一定条件下的近似,实际上精确度已经够用了,毕竟方法简便得多。”妈妈说。
“妈妈,我们学习牛顿力学时,老师提起过,牛顿力学适用于物体运动速度远小于光速的情况。如果物体的运动速度可以与光速相比时,必须用相对论的理论解决问题。光沿直线传播,与牛顿力学的适用范围,都存在适用条件、近似的问题。我这样想,对吗?”
“对,这样联系考虑,很好。”听到妈妈的赞许,石磊笑了。
妈妈告诉石磊,光通过一个小孔,产生这样的衍射现象,如果光通过相距很近的两个小孔,还会产生你想象不出的现象,在物理学史上这是有名的杨氏双峰干涉实验,你以后有机会了解一下。
石磊在笔记本上记下:杨氏双峰干涉?

我的更多文章

下载客户端阅读体验更佳

APP专享