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高中光学问题

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下面是楼主对光的反射两种理解
1。入射光使介质受迫振动成为次波源产生新的电磁波2。由于介质原子吸收光子能量跃迁到高能级后不稳定又跃迁到低能级并放出新光子产生的反射光哪种正确


IP属地:北京来自Android客户端1楼2023-06-15 23:35回复
    都不对,你这两种说法都不能保证光的方向


    IP属地:广东来自Android客户端2楼2023-06-16 01:19
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      具体怎么解释我忘了,我先解释一下你的说法为什么不对,首先光无法引起介质受迫振动,即便受迫振动也远远无法达到电磁波的频率,第二个,介质能级自发辐射的光子是没有方向性的


      IP属地:广东来自Android客户端3楼2023-06-16 01:23
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        我最近在复习的电动力学里对电磁波的反射折射的频率不变是从受迫振动来解释的


        IP属地:陕西来自Android客户端5楼2023-06-16 02:47
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          我觉得二者都是对的,并且这个微观本质高中很难完全理解,下面详述:
          我记得我学高电的时候,光反射的微观的经典电磁学的解释就是让介质中的电荷产生极化振动,可以简单想象成原子核和电子移动向了不同方向,同时这种电荷振荡会向周围辐射电磁波,既然你已经说了解释1,我就认为你是完全认可这样的过程了反射和折射的本质就是大量这样的电磁波相干叠加的产物(具体计算相当复杂,我早忘了)
          上述过程可以抽象成这样的一个物理问题:已知有一块介质,知道其极化率等等性质,然后有一束特定的入射光(已知频率振幅等)照射到介质表面,于是介质内部极化并在每个点都产生电偶极子,接着就需要求解电偶极子振荡时不同方向上产生激发后的电磁波的强度、偏振等物理量,这个过程其实就是“散射”,散射产生的电磁波是一个球面波辐射,也就是往四面八方去的,整个界面上微观粒子的共同散射叠加出了宏观的反射效果,因此镜面反射需要镜子这样专门的光滑的表面;正如我前面描述的,应该可以想象,具体计算会相当复杂
          解释2其实感觉就是从量子力学的角度描述了经典电磁学描述的事情,电子和原子核分离在量子力学的表述下就是电子核的中心和原子核发生了偏移,这其中应该包括了原子核在晶格内振动(就是声子,相当于产生了机械波)和电子能级的变化,而后者自然在回到基态时会释放新的光子,即反复跃迁产生新光子,而晶格中大量光子再发生干涉,从而形成相干叠加后的反射光;我认为电偶极子的振荡其实就等价于基态原子的电子反复跃迁,我们知道光具有波粒二象性,而反射和折射本身就是体现了光的波动性(毕竟体现粒子性的是弹性碰撞导致的康普顿散射和光电效应),既然体现是波动性,也就说明整个过程中用经典电磁波的描述也是恰当的


          IP属地:上海来自Android客户端6楼2023-06-16 04:16
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            我觉得两种都是对的


            IP属地:山东来自Android客户端7楼2023-06-16 05:12
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              一不行,光子力量太弱,无法撼动固体里边的原子之间结合作用力。光波650nm,原子0.几纳米,尺寸差距太大


              IP属地:江西来自Android客户端8楼2023-06-16 05:19
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                1我不知道,2我觉得不对
                跃迁后掉下来,放出的电磁波频率应该是固定的,与元素类型有关


                IP属地:浙江来自Android客户端9楼2023-06-16 07:09
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                  3,任意时刻入射光波波面成为次波源产生新的电磁波,不需要介质受迫震动,不需要能级跃迁


                  IP属地:安徽来自Android客户端10楼2023-06-16 08:26
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                    第2种解释适合于荧光材料,并不是反射的原理。


                    IP属地:广东来自Android客户端11楼2023-06-16 10:01
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                      对于几何光学的反射来说,都不正确。
                      1. 这个过程是存在的。在晶体中,入射光可以通过电声耦合激发晶格振动,产生声子,甚至还可以吸收声子,这个过程被称为拉曼散射。但是,拉曼散射的频率与入射光有别,且其强度仅有瑞利散射(类似复杂的漫反射)的百万分之一,所以它并不构成光反射的主要成因。
                      2. 你说的过程依然是存在的,但需要在入射光频率恰好可以激发原子能级的情况(相当巧合)下。利用能量稍高的光子可以将其激发到更高能级上,并进行多步跃迁产生不同频率的可见光,这个过程叫荧光,但同样地,其方向性差,亮度微弱,并非反射光的主要成分。在长波入射光下,原子各能级间也会发生概率性的跃迁,产生受激辐射(激光),但若非存在放大谐振腔等构建,激光亦非常微弱,以至于上个世纪才被发现,是故也不是光反射的主要成分。
                      几何光学的反射成因是不同介质的介电常数(和介磁常数)不同,致光速不同,界面上光波的连续性和一阶导连续性要求反射波和折射波存在,具体推导可以详见菲涅耳公式的推导。如果一定要追根究底,其确实与介质的受迫振动有关,但该受迫振动是某种非绝热偶极振动,和通常所说的次级波(推迟势的计算结果)存在差别。


                      IP属地:北京来自Android客户端13楼2023-06-16 10:54
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                        入射光使介质受迫振动成为次波源
                        你猜介质受迫振动的能量从哪来?


                        IP属地:浙江来自Android客户端14楼2023-06-16 17:23
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                          1是对的。实际上就是惠更斯原理,这种说法可以解释布儒斯特定律
                          2是错的。一般光学材料都是满价态的主族元素构成(稀有元素电子结构),所以是光学惰性的,再加上宽禁带,不存在吸收的问题。


                          IP属地:广东15楼2023-06-16 18:26
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                            其实最好的解释就是波动方程。当然也可以退一步使用电磁场边界条件来解释。


                            IP属地:广东16楼2023-06-16 18:28
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                              1. 大体上是对的,费曼就是这么解释的。

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                              总之,作用机制很复杂,说法定性上没问题,但通过这个图像去定量计算比较困难,需要具体材料具体分析。电磁学和光学问题追究到微观上都是粒子和场的相互作用问题,原则上薛定谔方程+自由空间麦克斯韦方程组就都能处理了,但材料里黑箱子很多,能真正求解的模型又少,所以需要针对特定介质引入一些经验参数。


                              IP属地:天津来自Android客户端17楼2023-06-16 19:46
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