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光学杂谈

光在介质中的频率、颜色、波长、波速、折射率

时间:2024/6/20 14:55:36   作者:郑士利   来源:正势利   阅读:183   评论:0
内容摘要:一、结论:先上结论,光在不同的媒介中传播时,其频率、颜色不变,但光速、波长会发生改变。1、真空中:λ真空=c真空/f固定2、介质中:λ介质=v介质/f固定3、n介质=c真空/v介质(折射率等于真空中波速除以介质中波速)4、λ真空=λ介质*n介质5、c真空=299,792,458m/s二、定义:首先要理解波长和频率的定义...

  一、结论:

  先上结论,光在不同的媒介中传播时,其

频率、颜色不变,但

光速波长会发生改变


1、真空中:λ真空 =c真空/f固定

2、介质中:λ 介质=v介质/f固定

3、n介质=c真空/v介质(折射率等于真空中波速除以介质中波速)

4、λ真空=λ介质*n介质

5、c真空=299,792,458 m/s

二、定义:

首先要理解波长和频率的定义:

波长 λ:波在一个周期内走过的空间距离,反应的是“波在空间上的周期变化”;

频率 f:  波在 1s 内经历了几次完整的变化,反应的是”波在时间上的周期变化“。

    当波所处的空间不同时,就会导致波长改变。

    假设有一个 2Ghz的单色光波,无论在真空中还是空气中,它的频率都是一样的,不会发生改变(频率对应光的颜色,红光不可能因为传播介质的改变变成绿光)。但它的波长会发生改变,因为空间变了。

    我更喜欢把波的频率是波的一种内在特征,外界媒介无法影响到频率只能通过一些”内在的改变“来改变它。还有一个例子是色散现象。

    光速 v=fλ,其物理意义是:波每秒内走过的空间距离=波在 1s 内完成"一次完整振动"的次数 × 完成"一次完整振动"所需要走过的空间距离。

    自然光通过三棱镜会被分成不同的颜色,这是因为不同频率的光在棱镜中的折射角度不一样,注意这里三棱镜只是把自然光里不同频率对应的光分开了,并没有改变光的频率。

    从公式上理解,折射率 (为真空中光速)n=c/v=c/fλ(c为真空中光速)

入射前后,式中频率不变,真空光速也不变,折射率与波长一一对应。

三、例题:

光的频率、波长、波速和折射率时,以下是一些例题

1. 问题:光在真空中的波长为500纳米,求其频率。

解答:光在真空中的波速等于光速,即约为 299,792,458 米每秒(m/s)。利用公式 v = fλ,其中波长 λ 转化为米为 500 × 10^-9 米,可以得到:

299,792,458 m/s = f × 500 × 10^-9 米

解方程可得:f ≈ 599,585,916,000 Hz 或约为 5.99 × 10^14 Hz

2. 问题:光在玻璃介质中的波长为600纳米,玻璃的折射率为1.5,求其频率。

解答:首先,根据折射率的定义 n = c/v,其中 c 是真空中的光速,v 是光在介质中的波速。代入已知数据,可以得到:

1.5 = 299,792,458 m/s / v

解方程可得:v ≈ 199,861,639.3 m/s

其次,利用公式 v = fλ,其中波长 λ 转化为米为 600 × 10^-9 米,代入已知数据和求得的波速 v,可以得到:

199,861,639.3 m/s = f × 600 × 10^-9 米

解方程可得:f ≈ 333,102,732,167 Hz 或约为 3.33 × 10^14 Hz

真空中的波长计算,

λ真空 =c/f=299792458/3.33 × 10^14=900x10^-9 米,

c=299792458m/s,

f ≈3.33 × 10^14 Hz

λ真空/λ介质=n介质

λ真空=λ介质*n介质




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