13.光
1、光的折射
sinq1/sinq2=n2/n1相对折射率的概念
折射的几何图景，折射率同心圆。
n水=1.33 n玻璃=1.5；临界角48.5 41.8
视觉深度h/H=1/n 近似计算正弦和正切等值。

2、光的干涉
两个亮条纹中间线的距离为条纹的间距。
x=a/(n-1)
酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光。
等厚线 凸凹判断
3、实验：用双缝测量光的波长
4、光的颜色 色散
5、光的衍射
6、光的偏振
自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光。
车灯玻璃和司机面前的风挡玻璃各安装一块偏振片，偏振方向和水平方向成45°，这样对面射来的光会和偏振方向垂直。
7、全反射
8、激光
nl/c
n^2l/c
光程...

@qiusir:在牛顿的棱镜色散实验的一年后，苏格兰数学家、天文学家詹姆斯·格雷戈里在鸟的羽毛缝间观察到了阳光的衍射现象，Christian Spencer抓拍的这幅晨光透过黑白蜂鸟羽毛的照片就是很好的艺术呈现。如果人的眼睫毛再长再密一些，看灯光大概也能有这个效果...

P.S.《中学物理教学重的100个科学性问题》

91、像差
各光线本身或其延长线交于一点的光束称为同心光束。（平面镜具有光的单心性）
[?]透镜焦点计算（薄透镜和近轴光线）
单一透镜是无法消除像差的，技术上采用多片透镜组合成镜头的方法以减小像差。
92、眼睛和眼镜
93、三原色
两种色光以适当的比例混合而能产生白光时，两种颜色就称为“互为补色”。分别与红绿蓝（色光三原色）互为补色的是靛青、品红和黄（颜料三原色）。
可见光只是电磁波谱中很窄的一小段，频率在$4.3?\sim 7.5\times 10^{14}Hz$（波长400-700nm，能量1.6-3.1ev）
2014年诺贝尔奖授予三位发明了蓝色高亮发光二极管的物理学家，之前已经有了红色和绿色高亮发光二极管，这使得LED屏幕的更广泛应用成为可能。

颜料的三原色在日光照射下，分别吸收红绿蓝三色，具体说，吸收红光反射靛青色，吸收绿光反射品红色和吸收蓝色反射的是黄色。
类比声乐音三要素（音调、响度和音色），物体的颜色也有相应的三要素，色调、饱和度和亮度。

色调由频率决定，对应音调；亮度描述发光/反光强弱的物理量，与响度对应；饱和度是反应色彩新鲜程度，与声音中的音色对应。

如果饱和度是100%，则表示其中完全不含有除了这种颜色以外的其他颜色，而饱和度低则表示其中含有其他颜色的光波成分多。
94、彩虹
雨过天晴，天空中仍然漂浮着很多细小的水滴，由于表面张力的作用呈球形。
95、干涉与衍射的关系
干涉和衍射都是光的相干叠加现象，没有本质区别。习惯上把有限几束活彼此离散的无限多束光的相干叠加叫作“干涉”，连续的无限多个次波中心发出的次波的相干叠加叫作“衍射”。
单缝衍射、双缝干涉和更多条缝（光栅）衍射，都是光的相干叠加而造成的光强度分布的改变。干涉和衍射的区别来源于人们的习惯。
眼睛能观察到的必须是较长时间内强度分布稳定的。（波长/频率相等、有相互平行的振动分量和相差保持恒定）
最早发现衍射的事格里马第，去世后的1665年才得以发表。
夜晚观察明亮的路灯，有时会看到四射的光芒，这说明眼睛的瞳孔边缘是多边形的。光芒就是衍射的结果。
障碍物的线度与光波波长的数量级1000倍衍射现象不明显；10~1000衍射现象明显；1倍则衍射向散射过度。
所谓衍射向散射过度，衍射图样中的主极强充满了整个视场，这是就说发生了散射。
白昼天空是亮的，就是阳光在大气中散射造成的。月球上没有空气，宇航员在月球上，即使白昼也与地球的黑夜一样天空是黑的，漫天星斗，只是星星不会眨眼。
云彩是白的、洁净的天空是蓝的，朝霞和落日是红的，都是散射的结果。
大气的散射部分来自空气中的细小尘埃，另一部分是由密度涨落引起的。
白云中的水滴和冰晶颗粒比较大，对各种颜色的散射效果都差不多，在阳光照射下呈白色；洁净的大气中尘埃和水滴都非常少，起作用的主要是密度涨落引起的分子散射，线度比尘埃颗粒要小得多，比可见光的波长也要小，对波长较短的蓝紫色的光散射更为明显。
太阳位于地平线出，射向地球的光线经过大气层的路径较长，而大气又把大部分蓝紫色光都散射掉了，太阳就变成了红色的了。
[?]衍射条纹宽度计算

96、双缝干涉
双缝干涉属于分波前干涉装置，把一个点光源反射的球面波在同一波前上分出两列波。
真实的光源并不是点光源，而是有一定大小的扩展光源，而空间相干范围与光源大小有关，即相干范围的孔径角与光源宽度成正比，这就是光场的空间相干性。

97、分振幅干涉
薄膜干涉属于分振幅干涉（分能量）
双峰干涉时从光波波前的不同点取子波，薄膜干涉是在同一空间点把光波分成两部分。
如果时间过长，会和时已经是另一个原子跃迁而发出的光波了，这两束光波已经变成不相干的了。这是光场的时间相干性。

98、薄膜干涉

（上疏下密）
在酒精灯灯芯上撒一些食盐，让灯焰发出明亮的黄光。
薄膜的后表面反射回来的部分光再次从前表面折射出来，与第一次从前表面反射回来的光线发生相干叠加，使得在灯焰像范围内光的强度分布发生改变，形成干涉条纹。
只要点光源射出的光足够宽，从液膜表面到无穷远的广阔空间内都有相干光的叠加。
我们的眼睛相当于一架可变焦的照相机，并不习惯于聚焦在空无一物的空间内的某一平面。眼睛自动聚焦在灯焰的虚像，也同时看到位于这个平面上的干涉条纹。可以说，我们看到的是液膜后面的“虚”干涉条纹。而其他位置上的干涉条纹则不能在视网膜上成像。
可见光波长平均$5\times 10^{-7}$米，而精密光学器件的精密度要求达到$10^{-8}$米，光的干涉条纹为我们提供了一种重要的检验光学器件表面精密度的方法。

$\Delta L=\frac{2nd}{cos\theta_2} -2dtan\theta_2sin\theta_1=2nd(\frac{1}{cos\theta_2}-tan\theta_2sin\theta_2)$
$\Delta L=2nd cos\theta_2$
检验透镜的曲率
如果干涉条纹是环形的，则说明二者曲率比较接近，环形条纹的圈数越少，二者就越接近，当条纹只有一圈时，说明二者的最大差距为$\frac{\lambda}{2}$
[Q]至于应该继续研磨透镜的中央还是边缘，只要用手指轻轻压一下透镜中央，看环形的条纹是向外扩大还是向内收缩就可以判断了。
用单色平行光束从上方照射，可以看到中间空气隙产生的等厚干涉条纹，数出条纹的总数为n，细丝的直径$D=n\frac{\lambda}{2}$
光从光疏介质射向光密，在两种介质的界面处发生发射，反射光线与入射光线发生了180°相位突变，而从光密介质射向光疏介质则不发生“半波损失”。
肥皂膜干涉时，前表面发生半波损失而后表面不发生；两层玻璃间的空气薄膜发生干涉时，前表面不发生半波损失而后表面发生。这两种情况下，等厚条纹的明暗条件都要反过来。

99、偏振
阳光经过水面或其他物质反射后，常常是部分偏振光。
光在和物质相互作用时起主要作用的事电矢量，因此常以电矢量作为光波传播过程中的振动矢量代表。
沿各个方向的振动都可以进行正交分解。光的强度比起为通过偏振片的减弱了一半。
[?]菲涅尔反射折射公式
布儒斯特角：$sin^2i_B=\frac{n_2^4-n_1^2n_2^2}{n_2^4-n_1^4}$

100、波粒二象性
波粒二象性是一切微观世界物质的共有特性，电子、质子等实物粒子与同样具有波粒二象性。
“具有时空双重周期的运动形式和能量的传输，是一切波动的基本特性。”
振幅是标量的是标量波（声波的实质是密度波），光波是电磁波，电磁场在空间的传播，振幅是矢量，是矢量波。地震波是更为复杂的张量波。
宏观世界里，不可能有两个不同的实物粒子同时占据空间的同一位置，而波可以，波还具备独立传播的特性；实物粒子在空间是分立的，而波动则是连续的。

牛顿说的光是一种粒子流，他认为光是一种实物粒子，而我们今天说的光是是一种粒子，指的是“能量粒子”；惠更斯说的光是一种波，他认为光是一种机械波，需要依赖介质传播，而我们今天说的光是一种波是电磁波，不需要介质。
电子经过100V电压加速，能量100eV，由此推出物质波波长0.12nm，这个波长恰好在伦琴射线的波长范围，而伦琴射线照射晶体发生衍射的实验早在1912年完成，于是戴维孙和汤姆孙···

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