“瞳孔中的世界:探索光線與光譜”是一本有關光學科學的專業(yè)著作。本書主要講述從光線與光譜兩個角度來探索各種光學現(xiàn)象。全書分為四個部分,分別為“光,透鏡和眼睛”、“單色光譜的測量”、“白光光譜的性質”和“光電效應”。第一部分從人眼的角度出發(fā),介紹了光線與透鏡在眼部扮演的角色;第二部分分析了如何利用各種方法來測量單色光譜的特征;第三部分主要探究白光中的成分和性質;最后一部分則介紹了光電效應的實驗和應用。通過本書的閱讀,讀者可以獲得更深入的光學知識,并理解光線與光譜對人類的影響。
1、光,透鏡和眼睛
人眼是感受外界事物的重要器官之一,其中視網(wǎng)膜中的視桿和視錐是人眼能夠感受和處理光的主要組成部分。而正是光線的折射作用才能夠使光線進入人眼,進而被視桿、視錐接收并傳向大腦進行處理。而膠片相機的工作原理正是利用透鏡將光線反射后投射在膠片上。因此,透鏡不僅僅存在于人眼內,它也是各種光學器材的主要組成部分。
然而,透鏡存在的局限性也會導致人們誤解光的圖像。要真正理解光線在透鏡中打破自然、顛倒鏡像、成為倒立的原因,需要從透鏡對光線的折射性質、光線垂直入射的情況下的成像、反向放大這些角度來理解透鏡真正對光線的“想法”。
因此,本部分的相關內容既幫助讀者深入理解人眼和借助人造透鏡來觀察和記錄事物的原理,又更深刻地說明了不同情況下透鏡和光線的互動關系。
2、單色光譜的測量
單色光譜是由一種波長的光子組成的光線。在日常中,如何獲得純凈的單色光常常需要借助儀器,比如一個干涉儀、一個棱鏡或一個可調諧激光器。使用這些儀器可以將光分成幾種不同的波長,并利用基于干涉、衍射和光譜儀測量等方法來確定它們的波長。
對于平面波和球面波,以及干涉儀和光學干涉條紋,本部分解釋了它們的概念和原理,并且詳細討論了干涉儀如何解析出單色光和測定單色光的波長,同時介紹了棱鏡——另一種用于分離不同波長光的工具。
通過理解單色光的測量,讀者可以更好地了解光的本質以及光學器件是如何工作的,這對于學術研究和工業(yè)應用均有很大的意義。
3、白光光譜的性質
白光是由多種不同波長的光子混合而成的,人類的肉眼看到的也就是這種“混合色”。本部分主要從實驗的角度來探討白光的本質和性質,讓讀者更好地理解白光的成分和構造。
本章從楊氏干涉和牛頓環(huán)展開講述白光模型的構建和實驗的設計。楊氏雙縫干涉中,白光先分解成彩色光分別通過兩條狹縫,再經過構成干涉的兩條光:片形成干涉環(huán),這時人們觀察到的圖案對應的實現(xiàn)了彩色分離;而在牛頓環(huán)實驗中為了反映光譜性質不清、顏色分布不均勻現(xiàn)像人們采用轉動某個玻璃板就可以明顯的分離出各種顏色組成的條紋,這一時的實驗既驗證了之前的假設,也為后來性質更加明確的實驗打下了重要基礎。
4、光電效應
光電效應是描述光與物質相互作用的現(xiàn)象,它是光電子學和半導體技術的重要基礎。在本章中,讀者可以了解到如何設計并使用實驗來研究光電效應以及它的一些普遍應用。
具體來說,本部分主要介紹了當光子與金屬發(fā)生作用時,會產生光電效應,釋放出電子并形成一個電子流。通過測量電子流的性質,可以識別出金屬的特定物理和化學性質。同時,光電效應也被廣泛應用于制造光電器件,如光電二極管、太陽能電池等。
總結:
本書從光線和光譜的角度出發(fā),深入探討了各種光學現(xiàn)象。第一部分主要介紹了人眼和透鏡對于光線的作用,第二部分分析了單色光譜的測量方法,第三部分則探究了白光的成分和性質,最后一部分則介紹了光電效應及其應用。全書內容優(yōu)美清晰,既適合閱讀,也適合作為參考書來學習光學領域中的重要知識。