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光的波動本質


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有關本學習模組

光學是科學中發展較早的一個範疇。研究的範圍包括光的發射、傳播和接收的規律,以及光與其他物質間的相互作用。人類對光的認識是從簡單的幾何光學開始,中國、古希臘和埃及等都對這一方面作出卓越的貢獻,研究的成果包括光的反射、折射和光的成像等。然而,光的本質是甚麼呢? 自古以來,人類對光的探索從未停止過,但對光的本質之認識過程卻很曲折。

內容簡介

第一課 電磁波譜中的光

認識波這概念時已提過,光是一種電磁波。事實上,電磁波經常應用於現代生活中。家中所看到和聽到的電視廣播、電台廣播、手提電話等通訊工具,都是利用電磁波傳遞訊息;微波爐是靠電磁波使食物加熱的;常聽到的紅外線和紫外線,都是電磁波,可見電磁波無處不在。在這一課中,我們將會簡介電磁波,並認識光與電磁波的關係。

學生應學習 學生應能
第一節 光波與電磁波
  • 指出光為橫波的一個例子
  • 說出光和其他電磁波在真空中的速率為 3.0 × 108 m s−1
第二節 可見光
  • 說出可見光的波長範圍
第三節 電磁波譜
  • 說出可見光和電磁波譜其他成分的相對位置

 

第二課 光的繞射和干涉

既然光是一種電磁波,它必定具有反射、折射、繞射、干涉,這些波的特性。本課會探討光的繞射和干涉。當一束光線通過一個非常窄的孔隙時,會繞過孔隙邊緣,擴散到障礙物的後方,這就是光的繞射。光的干涉方面,它跟水波的干涉的情況類似,發生相長干涉和相消干涉的地方是會交替出現、並平均分佈的,故屏幕上會出現相距一樣及光暗交替的條紋。

學生應學習 學生應能
第一節 光的繞射
  • 認識以繞射現象作為光是波動的證據
第二節 光的干涉
  • 認識以干涉現象作為光是波動的證據
  • 檢測楊氏雙縫實驗中的干涉圖形

 

第三課 定量描述干涉與平面透射光柵

在上一課,我們藉觀察光穿越一個雙狹縫光柵而在屏幕上出現的條紋,對光的干涉現象和特性作了概括說明。然而,如何對光的干涉作定量的描述呢?在這一課中,我們將會探討這個雙狹縫實驗的定量描述。在掌握了有關知識的基礎下,便可以進一步討論光穿越多個狹縫,即是平面透射光柵的情況。

學生應學習 學生應能
第一節 定量描述干涉
  • 應用 Δy = λ D / a 解決問題
第二節 平面透射光柵
  • 檢測平面透射光柵中的干涉圖形
  • 應用 a sin θ = n λ 解決問題
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