光的性质 关于光的性质，在十七世纪有两个学说并立：一是以牛顿为代表的微粒理论，一是以惠更斯为代表的波动理论。微粒理论认为，光是按照惯性定律沿直线飞行的微粒流。微粒理论能直接说明光的直线传播定律，并能对光的反射和折射作一定的解释。所谓惯性定律，指的是牛顿运动定律的第一运动定律：任何物体都将继续保持静止或匀速直线运动状态，直到其他物体对它施加作用力迫使它改变这种状态为止。所谓光的直线传播定律，指的是几何光学的基本定律之一：在同一种均匀的、各自同性的透明媒质中，光在两点之间总是沿着连结这两点的直线传播的。显然，由惯性定律确能直接说明光的直线传播定理。当光线由一种媒质射向另一种媒质时，在两种媒质的平滑分界面上，被分为反射光线和折射光线。光线经分界面返回到第一种媒质中的现象称为光的反射。回到第一种媒质中的光线称为反射光线。光线经分界面进入第二种媒质中的现象称为光的折射，进入第二种媒质中的光线称为折射光线。有光的反射定律与光的折射定律。光的反射定律： 1．反射光线在入射光线和过入射点的法线所决定的平面内； 2．入射光线和反射光线分居法线的两侧； 3．反射角等于入射角。光的折射定律： 1．折射光线在入射光线和过入射点的法线所决定的平面内； 2．折射光线和入射线分居法线的两侧； 3．入射角θi　　的正弦与折射角θi 的正弦的比值，对给定的两种媒质来说是一个常数，该常数称第二媒质对第一媒质的相对折射率。即            sinθi                  ＝n21        (1)            sinθi 常数n21取决于两媒质的性质及入射光的波长，不取决于入射角的大小。该公式也可以表示为：           n1sinθi　＝n2sinθi      (2) 其中n1 n2分别为第一媒质、第二媒质的绝对折射率。相对折射率与绝对折射率的关系为：                 n2           n21 ＝              (3)                 n1 上述第二种表示又称斯涅耳折射定律。它表示光线和界面法线夹角的正弦与其所在媒质的折射率之乘积为一不变量。(4) 微粒说对光的反射定律和折射定律的解释为：光的微粒由光源发出后，在透明的均匀媒质中依惯性定律飞行。当微粒遇到反射面时，它们象弹性小球一样地反跳。这时微粒的切向速度v1不变，而法向速度vn反转，从而反射角等于入射角。为了解释折射定律，则需要假设在媒质界面存在着一种力，它使微粒通过界面时法向速度发生改变，v2n不等于v1n。由于切向速度v1t＝v1sinθ1 与v2t＝v2sinθ2 相等，于是            sinθi      v2                  ＝        (4)            sinθi     v1 由于在各向同性媒质中速度v1 v2与光的传播方向无关，上式右端是一个与入射角无关的常数，这样便解释了光的折射定律。不过当（4）式与（1）式，（3）式比较后，有            v2     n2                 ＝           (5)            v1     n1 亦即在光的微粒说看来，在光密媒质中光“微粒”的速度较大。例如，光在水中的速度比在空气中的速度大。这一结论后来为傅科的实验所否定。(5) 惠更斯的波动理论认为，光是在一种特殊弹性媒质中传播的机械波。这种理论也解释了光的反射和折射现象。(6) 然而，惠更斯认为光是纵波，他的理论是很不完善的。十九世纪初，托马斯·杨和菲涅耳等人的实验和理论工作，把光的波动理论大大推向前进，解释了光的干涉、衍射现象，初步测定了光的波长，并根据光的偏振现象确认光是横波。根据光的波动理论研究光的折射，得出的结论是光在水中的速度小于在空气中的速度，这一结论在1862年为傅科的实验所肯定。所谓光的干涉，指的是两束（或多束）频率相同，振动方向一致，位相差恒定的光在空间叠加后，其强度分布与原来两束（或多束）光的强度之和不同的现象。所谓光的衍射，指的是光在传播过程中遇到障碍物时产生的偏离直线传播的现象。从广义上说，偏离几何光学传播规律的现象，都称为衍射，亦称绕射。按照惠更斯—菲涅耳原理，衍射的发生是由于光在传播过程中波面受到某种限制，自由波面发生了破损的结果。所谓光的偏振是指波的振动方向相对于波的传播方向的一种空间取向作用。光波的电振动相对于传播方向具有不对称性的光称为偏振光。光波是电磁波，麦克斯韦从理论上证明了光波的电矢量和磁矢量都垂直于光波的传播方向，即光是横波。在与传播方向垂直的二维空间里电矢量有各种各样的振动状态。这些状态称为光的偏振状态。常见的偏振状态有五种。即自然光、平面偏振光、部分偏振光、圆偏偏振光和椭圆偏振光。惠更斯—菲涅耳的波动理论有机械论的弱点。把光现象看成某种机械运动过程，认为光是一种弹性波，就必须臆想一种特殊的弹性“以太”媒质充满空间，但这种密度极小，弹性模量极大的“以太”媒质，实验上却证实不了。后来麦克斯韦建立了电磁理论，确信光是一种电磁现象，是波长较短的电磁波。1888年赫兹实验发现了波长较长的电磁波—无线电波也有反射、折射、干涉、衍射等与光波类似的性质。稍后，实验又证明红外线、紫外线、χ射线等也都是电磁波。由此，光的波动理论以电磁波的形式得到了公认。关于光的性质，1900年，普朗克有能量子假说。能量子假说认为，物体在发射辐射和吸收辐射时，能量不是连续变化的，而是以一定数量值的整数倍跳跃式地变化的。也就是说，在辐射的发射和吸收的过程中，能量不是无限可分的，而是有一个最小单元。这个不可分的最小的能量单元，普朗克称它为“能量子”或“量子”，它的数值为          ε＝hγ 式中希腊字母ε(艾普西龙) 为能量子，γ(伽马) 是辐射频率。h叫做“作用量子”，是一个普适常数，以后被人们称为“普朗克常数”。h的值，1986年国际推荐为            h＝6.6260755(40)×10-34焦耳·秒在普朗克假设的基础上，爱因斯坦1905年提出了光量子假说。爱因斯坦不满足于普朗克提出的把能量的不连续只局限于辐射的发射和吸收过程，他进一步提出即使在空间传播的过程中，辐射也是不连续的，辐射是由不可分割的能量子组成的。这种能量子，爱因斯坦称为“光量子”。对于频率为γ的辐射，它的一个光量子的能量是ε＝hγ。后来美国化学家路易斯于1926年把“光量子”取名为“光子”。每个光子的动量为         P＝ε/ c＝hυ/ c＝/ h /λ 式中希腊字母υ读为宇普西龙，λ读为兰布达。爱因斯坦的光量子思想是否正确呢？有四个经验事实可以验证。第一是光电子效应，第二是比热，第三是密立根关于电子电荷的测定，第四个是康普顿效应。光电效应指的是物质在光的照射下释放电子的现象。此现象是赫磁于1887年首先从实验中发现。1902年，赫兹的助手勒纳德用各种频率的光照射钠汞合金，发现只有频率高于一定下限的光才能放逐出电子，而且被放逐出的电子的速度只同光的频率有关，而同光的强度无关。对于这种现象，用麦克斯韦理论根本无法解释。而爱因斯坦却能用光量子理论轻而易举地给以完善的说明，并推导出光电子的最大能量（1/2mυ2）同入射光的频率（γ）之间的关系。他认为，当光照射到金属表面时，能量为hγ的光子，与金属表面电子之间因碰撞而交换了能量。电子吸收了光子的能量后，一部分用来克服金属表面对电子的吸引力所作的功，称为逸出功（W），另一部分则变为离开金属表面时电子所具有的最大动能（1/2mυ2）。根据能量守恒与转化定律，可写成如下等式：        1/2mυ2＝hγ－W 这个等式被称为爱因斯坦光电效应方程。 1906年11月，爱因斯坦发表了《普郎克的辐射理论与比热理论》的论文，文中详细地讨论了固体的比热问题。他把能量不连续的思想运用于固体中原子的振动问题，成功地论证了当温度趋于绝对零度时，所有固体的比热都应当趋近于零。后来，德国物理学家能斯特通过精密的实验测量，证实了爱因斯坦论断的正确性。光量子论提出后，美国实验物理学家密立根对此并不相信，总想用实验来否定它。它前后用了10年的时间来检验爱因斯坦的光电效应公式。但实验结果与他的希望相反，在1915年，他不得不断言：他的无歧义的实验证明，由光量子理论得出的h值与由普朗克公式得出的h值完全一致。 1923年，美国实验物理学家康普顿为了验证爱因斯坦的光量子假说，研究了χ射线在金属中的散射问题。研究发现在散射光中，除了与入射光波长相同的射线外，的确还有波长大于入射光的射线，而且它的出射方向也有偏离。而按照经典理论，散射过程是不会改变光的波长的。康普顿认为，这种现象可以看成是由于χ射线的光子与电子碰撞而产生的。他运用爱因斯坦提出的光量子理论，得到散射波长与散射角之间的关系，其结果与实验值完全一致。康普顿的散射实验，成了光量子存在与否的判决性实验。在爱因斯坦光量子假说的基础上，1924年前后，德布罗意提出了物质波的假说。德布罗意认为，包括电子在内的一切实物粒子都具有波动性。每个能在整个空间自由运动的粒子，都具有一种物质波，粒子的能量E，动量P与相应波的频率γ，波长λ之间有如下关系：E＝hγ，P＝h/λ。他还认为，在一般宏观条件下，由于h值很小，实物粒子的波长实际上很短，故它的波动性不会明显地显示出来，因而可以用经典力学来处理；但是，在微观领域中，由于微观粒子的质量很小，因而动量也很小，这时它的波长就可能被观察到，它的波动性就可能明显地显示出来。德布罗意预言的电子波的衍射，1927年先后被肯定。后来又有一些实验肯定，不仅电子，而且质子、原子和分子等一切微观粒子都具有波动性，波动性是物质粒子普遍具有的一种性质。一切粒子都有物质波，这种现象可以称为波粒二象性。德布罗意的物质波假说也可称为波粒二象假说。(7) 在关于光的性质的研究中有微粒说、波动说、量子说、波粒二象说。这些假说都有一些经验事实验证的肯定。如何看待这些假说呢？有全部肯定的也有否定其中一两种的。从计算化知识发现的角度来说，微粒性质、波动性质可以看成是两种具体集的性质；量子性质可以看成是全集的性质；波粒二象性质可以看成是幂集中的“波动”、“微粒”的两子集的性质。是故，任一假说若企图包揽光的所有的性质都是片面的。光的性质既有微粒的性质，也有波动的性质，也有量子的性质，也有波粒二象的性质。它们共存于光集合的幂集中。

1.牛奶粥。鲜牛奶250毫升、大米60克、白糖适量。先将大米煮成半熟，去米汤，加入牛奶，文火煮成粥，加入白糖搅拌，充分溶解即成。早晚温热服食，注意保鲜，勿变质。可补虚损，健脾胃，润五脏。适用于虚弱劳损、气血不足、病后虚赢、年老体弱、营养不良等症。由乳品加工厂生产的牛奶粥有多种配方，形成甜、咸等不同风味。其杀菌时间短，营养损失少。　　 

2.牛奶大枣汤。牛奶500毫升、大枣25克、大米100克。先将大米与大枣同煮成粥，然后加入牛奶，烧开即可，可补气血、健脾胃，适用于过劳体虚、气血不足等症。 　　 

3.羊肉奶羹。羊肉250克、生姜20克、山药100克、牛奶250毫升。将羊肉洗净切成小块，生姜切成片，一起放进砂锅，加水适量，文火炖7～8小时，搅匀，去除未烂残渣，留羊肉汤，加入切片山药，煮烂，再倒入牛奶，烧开即可。本品温中补虚，益精补气，适用于病后（产后）肢冷、疲倦、气短等症。可每天分数次服食，连服5～7天为一疗程。服本方时不宜同时吃其他药物，最好每天早晨辅食一次小米大枣莲子粥（小米60克、大枣10枚、莲子18克共煮成粥）。

4.鲜奶玉液。粳米60克、炸胡桃仁80克、生胡桃仁45克、白糖12克、牛奶200毫升。把粳米洗净，浸泡1小时捞出，滤干水分，和胡桃仁、牛奶加少量水搅拌磨细，用漏斗过滤取汁，将汁倒入锅内加水煮沸，加入白糖搅拌，待全溶后滤去渣，取滤液倒入锅内烧沸即成。本品可补脾肾，润燥益肺，适用于咳嗽、气喘、腰痛及津亏肠燥便秘等，并可作为病后体虚、神经衰弱、慢性支气管炎、性功能低下、老年便秘患者的膳食。空腹饮用或早晚佐食均可。 


5.姜韭牛奶羹。韭菜250克、生姜25克、牛奶250毫升。将韭菜、生姜切碎、捣烂，以洁净纱布绞取汁液，再倒入锅内，加牛奶煮沸即可。本品可温胃健脾，适用于胃寒型胃溃疡、慢性胃炎、胃脘痛、呕吐等，可于每日早晚服用。另有一种姜汁牛奶，用生姜汁10克、白糖20克、牛奶200毫升，混匀煮沸即成。本品可益胃、降逆、止呕吐，适用于妊娠呕吐不能进食的妇女。


6.厚奶。把牛奶烧开加入3％～7％的淀粉或糕干粉、藕粉等，使牛奶变稠，稍加糖即可。本品适用于习惯性呕吐、反胃和需要增加能量的患者。　　 

7.蛋奶。先将鸡蛋煮老，去掉蛋壳、蛋白，用勺子将蛋黄研碎，加入牛奶充分混合即可。蛋黄除含有蛋白质、脂肪、维生素ａ外，还含有铁、磷等物质。本品适用于缺铁性贫血，以及需要补充钙质的四五个月的婴儿。

8.自制脱脂奶。将牛奶煮开，静置数小时，去掉上面一层奶皮（即脂肪，此法一般可去掉80％的脂肪）即成。本品适合于喂养患腹泻、痢疾、肠炎等肠道疾病的婴幼儿。由于去掉脂肪的牛奶含热量低，缺乏维生素a、d等，可用其他食品补充，病愈后应继续喂全脂牛奶。

9.奶茶。牛奶中加茶同饮可说是全世界人民的传统习惯。我国南方人喜欢喝带甜味的牛奶红茶，而新疆、内蒙古、西藏人则爱喝带咸味的奶茶（砖茶＋牛奶）。奶茶的调制方法是：先用开水浸泡茶叶，然后趁势把它倒进煮沸的牛奶中。至于加糖或加盐，则可根据个人的口味而定。牛奶中加茶叶以后，使两者特有的香味融于一体，营养成分相互补充，抑制了牛奶的腥味和茶叶的苦涩味，饮用起来味道更加浓郁、绵长。奶茶可以去油腻、助消化、益思提神、利尿解毒、消除疲劳，也适合于急慢性肠炎、胃炎及十二指肠溃疡等病人饮用。对酒精和麻醉药物中毒者，它还能发挥解毒作用。　　 

10.牛奶减重法。适用于运动员减体重。举重、摔跤、柔道等运动项目是按体重分等级的，运动员要在比赛前调整好体重，使之限制在某一等级范围内，过去常采用的方法是限制热能摄入量，排汗和服用利尿剂等。近年来国外有人采用牛奶减重法，具体办法有两种，一种叫普罗科普氏法，即每周安排一天为牛奶日，在这一天仅吃牛奶1～1.5升、酸奶0.5升、奶酪100～200克，以及少量奶油；另一种叫卡雷尔氏法，连续3天时间，每天分5次喝牛奶共1升，同时，再吃一些蔬菜、水果、肉类。据说采用牛奶减重可减少体内水分，而且无渗透性干扰，不会影响运动员的成绩。

　　1　一般教材中多普勒效应的公式表达形式的缺点

　　设声源相对媒质的运动速度为v观察者相对媒质的速度为u，媒质中的声速为c,声源的振动频率与观察者接收到的频率分别为f₀与f，多普勒效应公式的一般表达式为

　　式中分子与分母的符号选取法则是：当声源与观察者相对运动时，分子取“+”号，分母取“-”号；当二者背离运动时，分子取“-”号，分母取“+”号。

　　上述表达式有以下两个缺点：①公式中含有“+”、“-”号，无论使用还是记忆都不方便。②上述表达结果只包括声源与观察者相对及背离两种运动形式。如二者同向运动，而速度大小不同，则由上式不能给出结果。

　　2　利用速度方向法简化多普勒效应公式

　　首先规定速度方向，规定向右为正，向左为负；声源S在左侧，观察者R在右侧，而静止的媒质0在中间，见附图。

附图　多普勒效应速度方向图

　　设声源发出的声波波长及观察者接收到的波长分别为λ₀及λ。规定速度方向后得到简化的多普勒效应公式的一般表达式为

　　式中u，v均为代数量，可正可负。简化后的多普勒效应公式结果简单不再带有正、负号。在不改变已往公式结果的前提下，适用于各种运动情况，以下从几个方面加以证实。

　　2.1　声源、观察者都静止：f=f₀,这点不必解释。

　　2.2　声源运动、观察者不动：先讨论声源以速度v接近观察者，即v＞0,u=0。在一段时间内，声源发出的波数为f₀t，声源移动的距离为vt,t=0时发出的波走过距离为ct，而t时刻发出的波则刚出来，因而在0～t时间内所发出的f₀t个波将均匀地分布在ct-vt之间，从而观察者接收到的波长为

　　而观察者所接收到的声波速度不变，仍为c，因此观察者接收到的频率为

　　按照上面的分析方法，当声源离开观察者运动时，则v＜0,u=0,此时前面提到的(ct-vt)用(ct+|vt|)代替，而ct+|vt|=ct-vt，故上面的结论仍然成立。

　　2.3　声源不动、观察者运动：先讨论观察者以速度u离开声源，即u＞0,v=0。由于声源不动，故波在媒质中的分布是均匀的，观察者所接收到的波长λ=λ₀，而此时由于观察者运动，其所感受到的波速为(c-u)，因此观察者接收到的频率为2.3　声源不动、观察者运动：先讨论观察者以速度u离开声源，即u＞0,v=0。由于声源不动，故波在媒质中的分布是均匀的，观察者所接收到的波长λ=λ₀，而此时由于观察者运动，其所感受到的波速为(c-u)，因此观察者接收到的频率为

　　如果观察者向着声源运动，即u＜0，则观察者感觉到的波速为c+|u|=c-u，那么，上面的式了仍然成立。

　　2.4　当声源和观察者均运动时，则观察者接收到的频率为多普勒效应公式的一般表达式

　　此时根据声源和观察者运动方向的不同，式中的u,v选用不同符号。

昨天真是一个忙碌的日子。上午没课，备备课，作了些题。下午两节课，完事了去随礼，接着回学校上晚自习。上完晚自习在办公室呆了会，和同事唠唠嗑讨论了一下学生管理的问题。又和女朋友约好周末出去遛达，顺手拿了本小说就回宿舍了。谁知道那本小说挺有意思，我还喝了杯咖啡，结果看到夜里两点多！幸好今天没有课，可以在办公室里悠闲的休息，要不……

前两天一直上不了网，后来学生考完事开始估分报志愿，有几个学生住我这，所以一直没有更新，不好意思！