什么是光线?

1.光源发出的一条条直线
2.激光器射出的一束光
3.研究光学虚设的一种模型
4.表示光传播方向的直线

我怎么觉得3和4都是对的?光线到底是不是真实存在的?如果是表示光的传播方向,也应该是射线(因为有光源)而不是直线吧?

光线是指无数光子在一条直线上振动。当光子与电子弹性碰撞向某一方向振动时,在同一直线上的光子随即振动。光线不是光子的流动,而是无数光子在同一直线上原地振动。比如声音,声音不是分子流动,而是分子在原地振动。微风不会影响声音传播,同理,光子流动也不会影响光线的传播。

光线其实是光子的振动方向,是对光子振动方向的形象描述。

同向平行光线具有相互校正方向的作用,这种作用有利于光线直线传播。

光线分类

光线按频率高低依次分为:伽马光线、X光线、紫外线、可见光线、红外线。

伽马光线具有穿透力,可以穿透几厘米厚的铅板。

X光线在电磁场中不偏转,这说明X光线不带电。

可见光线可以引起人的视觉。阳光中约有44%在可见光范围。

红外线具有热效应。

亮度

亮度是指发光体(反光体)表面发光(反光)强弱的物理量。

光通量是指光源在单位时间内发射出的光量。单位:流明(lm)。

一只100W的白炽灯1秒发出的光通量约1200lm。

光照度是指1平方米面积上流入多少流明的光线。单位:勒克斯(Lx)。

距离光源越远,光照度越低。

光线的运动规律

1.反射

反射是指光线遇到物质交界面返回的现象。

【反射定律】反射光线与入射光线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线的两侧,反射角等于入射角。(荷兰惠更斯1690)

2.折射

折射是指光线从两种透明物质的界面斜射,进入第二透明物质后方向发生偏折的现象。

【折射定律】折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧。(荷兰惠更斯1690)

色散是指光线按频率分散。

【色散定律】光线的折射率与频率成正比,频率越大,折射率越大。(王静波2020)

3.衍射

衍射是指光线经过障碍物边缘时偏离原直线传播方向。

衍射的原因是光子之间相互排斥,产生明暗相间的条纹。

4.干涉

干涉是指同一光源的两束光相互干涉产生明暗相间的条纹。

只有两列光线的频率相同,相位差恒定,振动方向一致的相干光源,才能产生光的干涉。由两个普通独立光源发出的光,不可能具有相同的频率,更不可能存在固定的相差,因此,不能产生干涉现象。

干涉的原因是光子之间相互排斥,产生明暗相间的条纹。

干涉与衍射的关系

光线通过狭缝产生衍射条纹,通过双狭缝产生干涉条纹,干涉条纹是衍射条纹的重新分布。

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第1个回答  2006-11-20
各种光学器件的成像问题,是几何光学的主要内容。我们将用两个专题,以广泛应用的透镜作为光学器件的代表,讨论涉及中学光学器件成像中的有关问题。

1、光线和光束

光线和光束是几何光学的基本概念,也是讨论光学器件成像问题的基础,因此有必要先对光线和光束作些说明和讨论。

(1)光线

表示光传播途径的有向几何线称为光线。光是一种波动,在各向同性介质中,光线是垂直于波阵面的直线。例如,从点光源发出的光,它的波阵面是以点光源为中心的球面,它的每条光线则是以点光源为中心的球的径线;在远离光源的地方,光在小范围内的波阵面趋于平面,每条光线近似于相互平行的线。

光线只是一个数学抽象,是一个几何概念,光线表示光传播的方向,也是光能量传播的方向,光线不是光束,不能把很窄很细的一束光叫做光线(留待后文说明)。

初中光学不涉及光的波动本性,因此教材是先讲光(在均匀介质中)沿直线传播,而后才这样写道:

“由于光是沿直线传播的,我们就可以沿光的传播路线画一条直线,并在直线上画上箭头表示光的传播方向。这种表示光的传播方向的直线叫做光线。”

这段叙述,突出光线的两个要点:

其一,光线代表光的传播路线,表示光的传播方向。

其二,光线是画出来的一条带箭头的线,隐含着:光线是一条有向的几何线。

在不涉及光的波动本性时,这种讲法基本上突出了光线概念的基本要点。限于学生的接受程度,这样定义光线的概念,是初中阶段讲授概念的较好方法。

在研究面镜、透镜以及由此组成的光学仪器等实际问题时,借助于光线的概念以及一些实验定律和几何定律,可以很简便又相当准确地解决问题。这种不涉及到光的本性问题,仅以几何定律和某些实验定律为基础的光学,称为几何光学或光线光学。

研究光的波动性的光学,称为波动光学。几何光学所研究的对象实际上就是波动光学中当波长趋于零的极限情况,几何光学属于波动光学的一部分。

(2)光束

具有一定关系的光线的集合,也就是光波波阵面的法线的集合,称为光束。

如果光束中所有光线本身或其延长线交于同一点,这种光束称为同心光束。同心光束可分为发散光束、会聚光束和平行光束三种,平行光束的光线交点位于无限远。在均匀的各向同性介质中,发散光束和会聚光束与球面波相对应,平行光束与平面波相对应,如图3-1所示。

如果光束中所有光线或其延长线不交于同一点,这种光束称为非同心光束。本书“水中物体成像问题”专题中,对于水下点光源所发出的元光束,斜向人射水面、其折射光束就是非同心光束,这种不相交于一点而又有一定关系的光线的集合,又称像散光束。

中学阶段不讨论像散问题,只讨论与同心光束有关的问题。从图3-l可知,在平面上表示同心光束至少要用两条光线,这两条光线常常用来表示同心光束的轮廓线;反之,两条光线就可以表示一同心光束。

(3)光线和光束的教学问题

光线和光束是几何光学的基本概念,是讲授几何光学基本定律和讨论光学器件成像的基础。光线表示光传播的途径,几何光学中的光路就是用光线来表示的,讲授光的反射定律和折射定律时,用光路图来表示光传播方向变化的情况;讨论各种光学器件成像的光路图,则是用几条光线(光线的集合)来表示光束经过光学器件前后,顶角大小的变化(发散或会聚)与顶点位置的变化可见,讨论几何光学的各种问题,离不开光线和光束这两个基本概念。

基本概念的教学,历来是中学物理教学的重点和热点在此,就初中光学有关光线和光束的教学,谈几点意见,和大家一起讨论。

①教学应紧扣教材,不要随意拔高和加深,但教师本人应做到心中有数。

限于学生的接受程度,初中物理教学中有些问题,无法作严格的定义和透彻的说明,而教材中又出现这些词语,教师在教学中更是要经常用到它。对这类教学问题,笔者认为宜采取“含蓄”“模糊”的办法处理,但教师本人应做到心中有数。

“光束”概念就是这类问题的一个代表,教材没有对它下定义,但教材中却有光束这个词,教师在教学中更是多次要用到它。所谓“含蓄”“模糊”的处理办法,就是在教学中教师也不对它下定义,更不去追求定义的严谨与科学,只要使用无误就尽管使用这个词(概念)。

“光线”概念是这类问题中的另一个代表,教材已经对它下了一个附合学生接受程度的定义,教师不必再拔高和加深,只按此定义讲授即可。因为,不切合学生实际的拔高和加深,不仅对学生的学习无助,反而可能扰乱学生的思维,增加学生的负担;其次,某些重要概念的深刻理解,还有待高中和普物教学中去深化,不能毕其功于一役。这也是我们提出“含蓄”“模糊”处理方法的两条理由。

为了使用好上述的教学方法,要求教师对此应做到心中有数。具体要求有二:其一,教师对这些基本概念应有较深刻透彻的理解,以便使自己在用语上不出现错误;其二,对教学中这种处理方法的不足之处和不得已而为之的作法,应有深切地了解。

②教学中准确使用“光线”和“光束”这两个词语,从中渗透光线和光束这两个概念的差异。

光线不是光,光线只表示光传播的方向,光束才表示光。如何把光线和光束两个概念的差异渗透给学生呢?我们主张采取“含而不露”“引而不发”的方法来解决问题。

具体做法是,凡是表示光的传播方向时,例如在讲授光的反射定律和折射定律以及光路可逆时,准确使用光线这个词;在讨论光学器件对光的作用和物体成像问题中,准确使用光束这个词。用这种方法来渗透光线和光束两个概念的差异,而不直接“挑明”两者的区别。

③在初中光学教学中加强光束的作用,从中渗透光线和光束的联系。

既然光束才表示光,那么在初中教学中就应该加强光束的作用;在加强光束作用的过程中,又要渗透光束是由光线组成的,让学生了解两者的联系。在教学中,仍然是采取“含而不露”“引而不发”的方法处理教材。例如,在讲授平面镜成像(图3-2)和凸透镜成像(图3-3)时,在教材原图中增加两条人射光线和反(折)射光线。表示投射到平面镜和凸透镜的最大人射光束,但讲课时并不明确提出“最大入射光束”这个名词。讲课时应先说明图中人射平面镜和凸透镜的五条光线,表示由烛焰上的S点发出的投向平面镜和凸透镜的光束,然后才是其中每条光线都……。这种讲法仍然是在例子中,既突出光束的作用,又渗透光线和光束的关系,而不直接“挑明”和讨论两者的关系。

这种“含而不露”“引而不发”的处理方法,在教学要求上属于“零级教学目标”。所谓“零级教学目标”,就是可有可无、不作具体要求的教学目标,通过通俗的讲解,渗透教师的观点,有心的同学领会这样的观点,对学习会有较大的帮助,无心者没有听懂,也不会影响今后的学习。这种方法常用来处理教学难点,熟练掌握并使用这种方法,可以提高自己的教学能力

关于加强光束在初中光学中的作用,再谈两个有关问题。

其一,“凸透镜对光有会聚作用”,“凹透镜对光有发散作用”,这里的“光”应指光束,而不是光线。在均匀介质中光线只是一根带箭头的直线,一根光线无从判断发散与会聚。

凸透镜对光的会聚作用,教材只讲了图3-3和图3-4所示的三凹透镜对光的发散作用,教材也只讲了图3-5这种情况。当然,根据光路可逆,由此图还可以推出另一种情况。

从更普遍的意义上讲,判定透镜的发散与会聚作用,应从单心光束顶角的变化来确定。其结论如下:凡是使发散光束的顶角变小的光学元件,称其有会聚作用图3-6(a)所示。反之,称为发散作用,如图3-7(a)所示。凡是使会聚光束的顶角变大的光学元件,称其有会聚作用,图3-6(b)所示。反之,称为发散作用,如图3-7(b)所示。

对此判断方法的几点说明:

(A)本办法只适用于单心光束,经光学元件之后,仍保持光束的情况。即不讨论光学元件的单色像差和色差。

(B)光束的顶角应为立体角,中学教学中常用平面角表示光束顶角。

平行光束可视为顶角为零的会聚光束或发散光束。

(C)图3-6和图3-7中的(a)图和(b)图都是根据光路可逆绘制的。在此可以看到,会聚光束“可逆之后”即为发散光束,反之亦然。

(D)还会遇到发散光束,经光学元件之后成会聚光束。如图3-3所示。也会遇到会聚光束,经光学元件之后成发散光束,如图44所示。前者肯定是会聚作用,后者也肯定是发散作用。

在教学中,有人提出另一种判断透镜会聚与发散的方法,即是“凡是使光线向主光轴偏折的透镜,就是会聚透镜;凡是使光线远离主光轴的透镜,就是发散透镜”。

这种说法,以主光轴为参照线,实际上就是承认主光轴是一根不改变方向的光线。可见,这种判断方法,仍需要两根光线,两根光线就可以看作一光束,其本质仍然是用光束进行判断的。

其次,判断“向主光轴偏折”与“远离主光轴”的标准。也是以光线和主光轴的夹角的变化为准的。

第三,这种判断方法,无法用到下文将要谈到的平面镜这种光学元件上。多可见,以光束来判断光学元件对光的会聚或发散作用,是更为普遍的方法。

关于透镜的会聚作用(或发散作用)的教学,仍应烙守教材列举的几种情况,教学的处理方法跟“光线和光束”的处理方法相同。本文介绍的方法,仅供教师参考。

其二,建议在初中教学中,增加有关平面镜对光束作用的一个结论:“平面镜只改变光束传播的方向,不会使光束改变会聚或发散的程度”。由此可以推导出“平面镜是不会发生像差与色差的理想光学器件”的结论,这种结论对学生正确认识平面镜的作用是有好处的。

教学处理如下:在讲授平面镜成像之后,用一个三角形纸条,表示由A投向平面镜MN的一束光,如图3-8(a)所示。平面镜对光束的作用,相当于把三角形纸条,沿平面镜MN(图中虚线所示)打个折,如图(b)所示。反射后光束的顶角如何?只要把打折后纸条的尖端,沿较粗部分理直,如图(C)所示,可见,平面镜对光束的作用,不会改变顶角的大小,即得前述的结论。在此还可以看到,反射光束的顶点A′(′、图),就是人射光束顶点A(a图)的像点,两者以平面镜对称。①妥善处理学生提出的问题假如有学生提出:“能否将光线理解为一束很细很细的光?”教师不要简单地说“不行!这是错误的!”断然否定学生的问题,这样回答问题会挫伤学生学习的积极性。妥善的处理方法,应回答:“也可以,但不全面。”所谓“也可以”,因为在教学中演示光的反射实验和折射实验时,就是用细光束来代表光线的,而且教师从来没有否定过,对于习惯于形象思维的初中学生来说,有“光线就是很细很细的光束”的想法,是很自然的,也是可以理解的。

所谓“不全面”,因为只要深人仔细研究,就会发现这种说法又有问题。从光源发出的光,只有借助很小很小的孔,才能获得很细很细的光束。但是,当小孔小到一定程度时,将出现衍射现象,光就不再沿直线传播了,几何光学的光线概念也就没有意义了,这也是前文提出的“不能把很窄很细的一束光叫做光线”的道理。

这样回答问题,既不挫伤学生学习的积极性,又能为今后的深入学习做好铺垫。

由于教材没有光束的定义,而教学中又常常用到它,可能会有同学提出:“什么是光束?”教师不宜以“现在知识不够,没法讲”拒绝学生的问题。面对渴望学习的初中学生,可暂时以“表示光的一束(或一组)光线”,给一个通俗的说法,这种说法虽不很严谨,但总比不回答问题强。

教学中学生可能会提出各种各样的几何光学问题,教师可以采用多种方式方法给予解答,如有可能,最好能通过实验和学生一起探讨问题的答案
第2个回答  2006-11-07
光线

表示光传播途径的有向几何线称为光线。光是一种波动,在各向同性介质中,光线是垂直于波阵面的直线。例如,从点光源发出的光,它的波阵面是以点光源为中心的球面,它的每条光线则是以点光源为中心的球的径线;在远离光源的地方,光在小范围内的波阵面趋于平面,每条光线近似于相互平行的线。

光线只是一个数学抽象,是一个几何概念,光线表示光传播的方向,也是光能量传播的方向,光线不是光束,不能把很窄很细的一束光叫做光线(留待后文说明)。

初中光学不涉及光的波动本性,因此教材是先讲光(在均匀介质中)沿直线传播,而后才这样写道:

“由于光是沿直线传播的,我们就可以沿光的传播路线画一条直线,并在直线上画上箭头表示光的传播方向。这种表示光的传播方向的直线叫做光线。”

这段叙述,突出光线的两个要点:

其一,光线代表光的传播路线,表示光的传播方向。

其二,光线是画出来的一条带箭头的线,隐含着:光线是一条有向的几何线。

在不涉及光的波动本性时,这种讲法基本上突出了光线概念的基本要点。限于学生的接受程度,这样定义光线的概念,是初中阶段讲授概念的较好方法。

在研究面镜、透镜以及由此组成的光学仪器等实际问题时,借助于光线的概念以及一些实验定律和几何定律,可以很简便又相当准确地解决问题。这种不涉及到光的本性问题,仅以几何定律和某些实验定律为基础的光学,称为几何光学或光线光学。

研究光的波动性的光学,称为波动光学。几何光学所研究的对象实际上就是波动光学中当波长趋于零的极限情况,几何光学属于波动光学的一部分。

参考资料:http://www.pep.com.cn/200406/ca445234.htm

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第3个回答  2019-07-21
光线:
通常指照耀在物体上、使人能看见物体的那种物质,如太阳光、灯光、月光等。可见光是波长7.7×10^-5厘米到4×10^-5的电磁波。此外还包括看不见的红外光和紫外光。光在真空中的传播速度每秒约三十万公里。因为光是电磁波的一种,所以也叫光波;在一般情况下光沿直线传播,所以也叫光线。
明白了吗?
第4个回答  2006-11-07
3的表述较为科学。

光线
表示光的传播方向的直线称为光线,光线是一种几何的抽象,在实际当中不可能得到一条光线.
严格地说,光是人类眼睛所能观察到的一种辐射。由实验证明光就是电磁辐射,这部分电磁波的波长范围约在红光的0.77微米到紫光的0.39微米之间。
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