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【说明文】《我们怎样看到反射光?》

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西莉卡镇楼
《我们是这样看到反射光的?》
作者:82554507
早在古希腊,伟大的数学家、欧式几何的建立者——欧几里得(Ευκλειδης ,约公元前325年—公元前265年)就发现了光的反射定律
即:反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角 。可归纳为:“三线共面,两线分居,两角相等”。光具有可逆性。光的反射线象中,光路上是相等的。
该定律中,使用了“光线”这个物理模型。
人们规定光线是一条直线,标有方向。是一种不存在的物理模型。
实际上,光并没有这么简单,它具有波粒二象性(既是粒子又是波),它是一种电磁波,也是由光子(爱因斯坦光子假说)组成的。光还有很多不可思议的性质,如光速不变原理,
光的多勒普效应,还有广义相对论中的引力红移等等。
1704年,伟大的物理学家、数学家、微积分和经典力学、几何光学的奠基人,炼金学和神学家艾 萨克·牛顿爵士PRS MP(Sir Isaac Newton,1643年1月4日-1727年3月31日)发表了
《光学》一书,此书是牛顿的又一著作(最有名的是《自然哲学的物理原理》)
(光学)
艾萨克·牛顿 爵士
牛顿的观点是,光是粒子构成的,
就是说,在地球上垂直地打开手电筒(不计光扩散),这束光终究会由于地球的引力而落回地球。
后来,著名的双缝干涉实验、光的衍射等都说明了光的波动性。
那么,光到底是粒子还是波呢?人们一直认为,粒子和波是两种不同的东西,
光的粒子论和波动论只有一个是正确的。
而麦克斯韦也认为光是波,而且他预言光是电磁波(现在当然已经证实)
我们现在知道,光具有波粒二象性,波动说和粒子说都是正确的,
这显然很荒唐,一个粒子同时还是波!
但这是事实,量子力学本身就是违背常识的。
回答我们的标题,我们怎样看到反射光?
前面我们讲了反射定律,和光是粒子又是波的事实。
大家都知道,原子是原子核和电子构成的,
早期的量子力学家常常这样比喻:如果一个原子是足球场,那么原子核就是一个足球,
电子就是一粒灰尘。可想而知,原子里面大部分都是空的!
新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福(1871年8月30日-1937年10月19日)曾经用α粒子(卢瑟福)
来轰击氢原子(相信学过选修3-5的学长们都知道),大多数α粒子都顺利地穿过原子,
而只有少数被反射了回来,卢瑟福就因此发现了原子核,可以说开创了量子力学
有趣的是,卢瑟福因此获得了诺贝尔化学奖,当时他还幽默地说:“我竟摇身一变,成为一位化学家了。”“这是我一生中绝妙的一次玩笑!”
光子是不是也像α粒子一样,只有打在原子核上才能反射呢?
那么大多数的光子都是穿过原子,我们几乎看不到反射光?
当然,我们忽略了一个重要的粒子——电子,它同样具有波粒二象性(由德布罗意预言)
电子的任务就是吸收和放出光子。
当光子接近原子时,由于光子带电磁力(它是力传递子)
它就会与电子相互作用,也就是,电子要把光子“吃掉”
电子吸收光子后,能级上升,这就发生了迁跃。
电子由于吸收了光子的能量,它就到了更高能级的轨道(根据玻尔的原子模型)
但是电子很不老实,突然得到这么多能量,它肯定受不了,
于是它就又将光子吐了出来(当然是另一个)
把这个微观的模型拿到宏观里,就形成了反射光。
这个有一个有趣的结论——我们看到的反射光,居然不是原来那束光!
备注:由于学历有限,可能有所不足或错误,请广大网友指出。


IP属地:湖北1楼2015-04-17 19:00回复
    附图:
    欧几里得:
    几何原本:
    玻尔:
    德布罗意:


    IP属地:湖北2楼2015-04-17 19:03
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      电磁场的边值问题


      IP属地:广西来自Android客户端3楼2015-04-17 19:05
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        附录:
        波粒二象性: 在量子力学里,微观粒子有时会显示出波动性(这时粒子性较不显著),有时又会显示出粒子性(这时波动性较不显著),在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。这种量子行为称为波粒二象性(英语:wave-particle duality),是微观粒子的基本属性之一。
        双缝干涉: 在量子力学里,双缝实验(double-slit experiment)是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。在这种更广义的实验里,微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径,从初始点抵达最终点。这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移,因此产生干涉现象。另一种常见的双路径实验是马赫-曾德尔干涉仪实验。
        光的衍射:
        衍射(英语:diffraction),又称绕射,是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象


        IP属地:湖北4楼2015-04-17 19:05
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          1909年,卢瑟福和汉斯·盖革以及欧内斯特·马士登在英国曼彻斯特大学进行了盖革-马士登实验[11] 。实验是用α粒子束轰击真空室中的金箔。实验表明了原子具有核的特征。在实验中,卢瑟福灵感所至,要求盖革和马士登寻找具有大偏转角的α粒子。在当时,没有任何一个理论预期过这类粒子。这种稀有的偏向被观测到了,并被证明是平滑的但符合高阶偏向角函数。卢瑟福解释了这些数据,并在1911年总结出原子的卢瑟福模型的公式[12]。该模型认为,包含大部分原子质量的带正电的小核被小质量的电子环绕。


          IP属地:湖北5楼2015-04-17 19:13
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            佩服佩服


            来自Android客户端6楼2015-04-17 19:15
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              尼尔斯·玻尔的原子模型
              玻尔于1913年在原子结构问题上迈出了革命性的一步,提出了定态假设和频率法则,从而奠定了这一研究方向的基础。玻尔指出:
              在原子系统的设想的状态中存在着所谓的"稳定态"。在这些状态中,粒子的运动虽然在很大程度上遵守经典力学规律,但这些状态稳定性不能用经典力学来解释,原子系统的每个变化只能从一个稳定态完全跃迁到另一个稳定态。
              与电磁理论相反,稳定原子不会发生电磁辐射,只有在两个定态之间跃迁才会产生电磁辐射。辐射的特性相当于以恒定频率作谐振动的带电粒子按经典规律产生的辐射,但频率u与原子的运动并不是单一关系,而是由下面的关系来决定 h = E'-E"。这就是玻尔原子模型。


              IP属地:湖北7楼2015-04-17 19:15
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                卢瑟福的原子模型(轨道是物理模型)


                IP属地:湖北8楼2015-04-17 19:15
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                  赞了


                  来自手机贴吧9楼2015-04-17 19:22
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                    本人在读初二,大一物理学历,高中数学水平。
                    会写点作文。
                    如果有不足或错误,还请各位高手指出


                    IP属地:湖北10楼2015-04-17 19:29
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                      为什么我初二啥也看不懂


                      来自Android客户端11楼2015-04-17 19:50
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                        补充:
                        人眼是如何成像的。
                        人在视网膜上成的是倒立缩小的实像,而视觉是正立的,这是人的视觉特点。注意,不是正立等大。
                        微观解释是光子打到人眼的电子上发生了一系列复杂的反应
                        然后人通过大脑感觉到像。


                        IP属地:湖北12楼2015-04-17 20:42
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                          IP属地:湖北13楼2015-04-17 21:09
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                            很难说不是原来那个,毕竟全同不辨


                            14楼2015-04-17 21:12
                            收起回复
                              然而我没看到一个物理公式


                              来自Android客户端15楼2015-04-17 21:49
                              收起回复