波长的改变 (2)

改变波长的方法
改变波长是能够实现特定光学效果的重要方法。

这个方法可以将一种波长的光
线转换成另一种频率或者波长。

这项技术主要用来制造或改变光谱，从而达到一定的效果。

改变波长的方法有很多种，其中最为常用的是利用不同介质来实现。

比如可以
利用水这种介质来变更波长，因为水中含有很多物质，其吸收长波、短波等不同类型的光，使得光波长发生变化。

此外，可以利用射线天线的中间介质，如空气或者水蒸气来变更波长。

还可以利用粒子加速器或者其它物理装置来改变波长，比如电子、核子等的碰撞。

此外，在另一种方面，可以利用激光器或放大器的镜系结构来改变波长。

放大
器镜可以生成特定波长的放大器，可用与分裂光源，从而实现改变波长的目的。

激光器也可以改变波长，主要是利用它可以产生相当大的能量，这种能量可以在介质中产生特定的波长。

总之，改变波长是一种实现特定光学效果的重要方法，主要有以上提及的一些
常用方法。

通过以上方法，人们可以利用改变波长的技术大大增强光学设备的效果，达到一定的目的。

康普顿散射公式的理论推导夏烆光（中国船级社 大连分社 辽宁 大连 116091）提要：本文从介绍康普顿实验结果入手，分别地讨论了康普顿散射的实验结果，以及经典教科书关于康普顿散射实验结果的理论推导。

并指出，在经典的理论推导中，错误地利用了光子运动的横向相对论质量。

事实上，在简化处理动量和能量的关系式中，已经彻底丢失了电子运动质量的相对论效应。

因此说，这个理论结果并不能证明爱因斯坦质能关系式正确与否。

纠正了经典教科书中的错误做法，利用广义时空相对论的质能关系式，精确地导出了康普顿散射公式的实验结果，从而间接证明广义时空相对论的质能关系式本身的正确性。

关键词：康普顿 爱因斯坦 狭义相对论 广义时空相对论 康普顿散射 光子的横质量 光子的纵质量 光的量子理论 光的波动理论引 言按照狭义相对论，只有假设电子的相对论质量为横向质量()20/1c V m m -=⊥时，才能导出康普顿散射的实验公式。

然而在康普顿散射实验中，碰撞前电子是静止的，在碰撞过程中，光子把部分动量传给了电子，从而使电子产生运动。

因为，电子的运动方向总是与其所获得动量的方向一致，所以，此时此刻，电子的相对论质量理应采用它的纵向质量()[]320///1c V m m -=而不是它的横向质量（见【1】第31～32页）。

由此可见，在现行的教科书中，用电子横向质量()20/1c V m m -=⊥来推导康普顿散射公式的做法毫无道理（参见【2】）。

就康普顿散射实验而论，碰撞后电子的运动速度一般都远小于光速（c V <<），因而，电子质量的相对论效应十分有限，所以我们完全可以近似地忽略电子质量的相对论效应，这样一来，把碰撞后电子的质量用静止质量0m 代入，根据动量υ0m p =、及广义时空相对论的能量220υ+=c c m E ，并利用电子和光子的能量守恒定律和动量守恒定律，就可以严格地导出康普顿散射实验的理论结果。

为了清晰地讨论这个问题，我们先介绍康普顿散射实验结果及其实验公式。

光在不同介质中波长变化的原因光的波动性质是我们研究光学的基础之一，而波长则是光的一个重要特性。

在不同介质中，光的波长可能发生变化，这是由光传播过程中与介质相互作用的效应所致。

本文将探讨光在不同介质中波长变化的原因。

1. 折射现象引起的波长变化折射是光线从一种介质进入另一种介质时改变传播方向的现象。

根据斯涅尔定律，光线在介质界面上折射时会发生改变，且其波长也会相应变化。

这是由于不同介质的光速不同，根据光的传播速度等于光的频率乘以波长的公式可知，当光线由一种介质传播到另一种介质时，其传播速度发生改变，而波长与频率保持不变，所以波长发生变化。

2. 散射作用引起的波长变化散射是光在物质中传播过程中与物质中的微粒相互作用而改变传播方向的现象。

散射现象是造成大气中的蓝天现象的原因之一。

根据散射理论，光的波长与物质微粒的大小相当时，会发生明显的散射效应。

因此，在介质中，光的波长与物质中的微粒大小相互比较，光的波长可能发生变化。

3. 多普勒效应引起的波长变化多普勒效应是指当光源与观察者相对运动时，观察者会感觉到光的频率和波长发生变化的现象。

当光源与观察者接近时，光的波长会缩短，频率增加；当光源与观察者远离时，光的波长会延长，频率减小。

多普勒效应也可以用于解释恒星的光谱移动。

4. 光的干涉与衍射引起的波长变化干涉和衍射是光在传播过程中与自身相互作用的现象。

干涉是指两个或多个波源发出的波相互叠加而形成的明暗交替的条纹的现象。

在干涉过程中，波长决定了明暗间隔的大小。

衍射是指光通过狭缝或物体边缘时发生偏转的现象。

衍射现象也与波长有关，波长越长，衍射效应越明显。

总结起来，光在不同介质中波长变化的原因主要有折射、散射、多普勒效应以及干涉与衍射等。

这些因素的作用使得光在传播过程中波长发生改变，进而对人们的视觉感知和光学实验产生重要的影响。

理解光在不同介质中波长变化的原因，对于光学研究和应用具有重要的意义。

第3节波的反射、折射和衍射核心素养物理观念科学思维1.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象。

2.了解波的衍射现象和衍射图样，知道波发生明显衍射现象的条件。

3.知道衍射是波特有的现象。

通过发波水槽实验探究水波发生明显衍射现象的条件。

知识点一波的反射、波的折射1.波的反射(1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象。

(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同。

(3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。

如图所示。

2.波的折射(1)波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。

(2)波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。

[思考判断](1)波向前传播在两介质的界面上要么发生反射，要么发生折射，二者不会同时发生。

(×)(2)波发生反射时波的频率不变，波速变小，波长变短。

(×)(3)波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化。

(√)反射波的波长、频率、波速与入射的相关量相同吗？提示反射波与入射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变，波的频率是由波源决定的，因此，波的频率也不改变，由此我们可知波长也不改变。

即反射波的波长、频率、波速都跟入射波的相关量相同。

折射现象中，波长、波速、频率都变化吗？提示在波的折射现象中，波的频率不改变。

波速和波长都发生变化。

知识点二波的衍射[观图助学]1.定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。

2.实验现象(1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝。

(2)现象：狭缝宽度比波长大得多，波的传播如同光沿直线传播一样，在挡板后面产生“阴影区”；在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小时，水波可以绕到挡板后面继续传播。

3.发生明显衍射现象的条件缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小。

[思考判断](1)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象。

波长、频率和波速1．波长(1)定义：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离。

通常用λ表示。

(2)特征：在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。

在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长。

2．周期和频率(1)定义：波上各质点的振动周期(或频率)。

(2)规律：在波动中，各个质点的振动周期(或频率)是相同的，它们都等于波源的振动周期(或频率)。

(3)关系：周期T 和频率f 互为倒数，即f ＝1T。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)1．机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。

(×)2．波速表示介质中质点振动的快慢。

(×)3．在波形图上速度相同的相邻两质点间的距离等于一个波长。

(×)[释疑难·对点练]波长的确定(1)根据定义确定：①在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长；②波在一个周期内传播的距离等于一个波长。

(2)根据波的图象确定：①在波的图象上，振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长；②在波的图象上，运动状态(速度)总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长； ③在波的图象上，两个相邻波峰(或波谷)间的距离为一个波长。

[试身手]1．关于波长，下列说法正确的是( )A ．机械振动在一个周期内传播的距离就是一个波长B ．在波形图上位移相同的相邻两质点间的距离等于一个波长C ．在波形图上速度总是相同的两质点间的距离等于一个波长D ．在波形图上振动情况总是相同的两质点间的距离等于一个波长解析：选A 机械振动的质点在一个周期内向远处传播一个完整的波形，故A 正确；在一个完整波形上，只有位移总是相同的相邻两质点间的距离才等于一个波长，故B 错误；速度总是相同的两质点之间距离是波长λ的整数倍，所以C 错误；振动情况总是相同的两质点间的距离是波长λ的整数倍，故D 错误。

1．波速定义机械波在介质中传播的速度。