[科普中国]-光的传播

光沿直线传播的前提是在同种均匀介质中。光的直线传播不仅是在均匀介质，而且必须是同种介质。可以简称为光的直线传播，而不能为光沿直线传播。光在两种均匀介质的接触面上是要发生折射的，此时光就不是直线传播了1。

用波动学解释光的传播：传播途中每一点都是一个次波点源，发射的是球面波，对光源面（一个有限半径的面积）发出的所有球面波积分，当光源面远大于波长时结果近似为等面积、同方向的柱体，即表现为直线传播，实际上也有发散（理想激光除外）。比如手电发出的光有很明显的发散。光的亮度越强大，离照明参照物越近，光的单色性越好，发散越不明显。当光源半径与波长可比拟时积分时的近似条件不成立，积分结果趋向球面波，即表现为衍射。

光是直线传播（均匀介质中）的，但当光遇到另一介质（均匀介质）时方向会发生改变，改变后依然缘直线传播。而在非均匀介质中，光一般是按曲线传播的。以上光的传播路径都可以通过费马原理来确定。光是沿前后左右上下各个方向传播的，光的亮度越亮，越不明显看出，当光亮度较暗时，由发光体到照明参照物的光会扩大，距离越远，扩散的越大，由最初的形状扩散到消失为止，而当发光体离照明参照物零距离时，光的形状是发光体真正的形状大小，所以光传播的方向与光的亮度、光与照明参照物的距离有关。

光、光源光、光源通常指可见光，即指能刺激人的视觉的电磁波，它的频率范围为：3.9×1014——7.6×1014赫之间2。这只是整个电磁波谱中范围极小的一部分。在更广泛的意义上讲，光应包括频率低于3.9×1014赫的红外线和频率高于7.6×1014 赫兹的紫外线。发射（可见）光的物体叫做（可见）光源。太阳是人类最重要的光源。可见光源有热辐射高压光源（如白炽灯）、气体放电光源（如霓虹灯、荧光灯）等。光源有分自然光、人造光。有生命的一定是自然光，如水母、萤火虫等，没有生命的不一定是人造光，如恒星、太阳等。

热辐射光源是利用热辐射来发光的。由热辐射理论可知，温度越高，发光效率也越高。白炽灯是爱迪生于1879年首先试制成功的。他选择熔点高的碳做材料，制成碳丝，密封在抽成真空的玻璃管内，通以电流，碳丝就发热发光。由于碳易挥发，工作温度不能超过2100K。后来，选用熔点稍低于碳，但不易挥发的钨做材料，工作温度可达2400K，从而提高了发光效率。现代热辐射的新光源有碘钨灯、溴钨灯，发光效率更高。

气体放电光源是利用电子两电极间加速运行时，与气体原子碰撞，被撞的气体原子受激，把吸收的电子动能又以辐射发光形式释放出来，这叫做电致发光。不同气体受激发光的频率不同，利用这点可制成各种颜色的霓虹灯。

有的气体放电光源，玻璃管中充的气体受激发射的是不可见光。如水银蒸气在电场中受激发射的就是紫外线。我们可在玻璃管内壁上涂荧光粉，紫外线射到荧光粉上，再激发出可见光来，日光灯就是采用这一原理制成的。日光灯是电致发光和光致发光的综合，它的发光效率比白炽灯好，但显色性不好。现代新型的气体放电照明光源有低压钠灯、高压钠灯等。

光源按发光原理分，除热辐射发光、电致发光、光致发光外，还有化学发光、生物发光等。化学发光是在化学反应中以传热发光形式释放其反应能量时发射的光；生物发光是在生物体内由于生命过程中的变化所产生的发光，如萤火虫体内的萤光素在萤光素酶作用下与空气发生氧化反应而发光。

光的传播规律光的传播规律

光在同种均匀介质中沿直线传播。小孔成像、日食和月食还有影子的形成都证明了这一事实。

撇开光的波动本性，以光的直线传播为基础，研究光在介质中的传播及物体成像规律的学科，称为几何光学3。在几何光学中，以一条有箭头的几何线代表光的传播方向，叫做光线。几何光学把物体看作无数物点的组合（在近似情况下，也可用物点表示物体），由物点发出的光束，看作是无数几何光线的集合，光线的方向代表光能的传递方向。这些概念显然与光的波动本性相违背，但是如果我们所讨论的研究对象的尺寸远远大于光的波长，而它的细微结构也不必十分严密考虑的情况下，由几何光学得出的结论还是很好的近似。（应用波动光学，可以得到光的传播问题的严密的解），由于几何光学方法简捷，在解决光学技术问题中，经常用到它。

几何光学中光的传播规律有三：（1）光的直线传播规律已如上述。大地测量也是以此为依据的。（2）光的独立传播规律两束光在传播过程中相遇时互不干扰，仍按各自途径继续传播，当两束光会聚同一点时，在该点上的光能量是简单相加。（3）光的反射和折射定律。光传播途中遇到两种不同介质的分界面时，一部分反射，一部分折射。反射光线遵循反射定律，折射光线遵循折射定律。

光速光速

光（电磁波）在真空中的传播速度。2013年公认值为C=299 792 458 米/秒（精确值）4。

一般四舍五入为3x10⑻米/秒，是最重要的物理常数之一。

17世纪以前，天文学家和物理学家都认为光速是无限大的，宇宙恒星发出的光都是瞬时到达地球。伽利略首先对此提出怀疑，他于1607年在两山顶间做实验测光速，由于光速太大而实验装置又太简陋，未获成功。1676年丹麦天文学家罗默，利用天文观测，首次成功测量了光速。1849年法国科学家斐索在实验室里，用巧妙的装置首次成功地在地面上测出了光速。1973年美国标准局的埃文森采用激光方法利用频率和波和测定光速为（299792 485+1.2）米/秒。经1975年第15届国际计量大会确认，上述光速作为国际推荐值使用。1983年第17届国际计量大会上通过米的新定义为“真空”中光在1/299 792 458秒时间间隔内行程的长度。

这样，光速已成为定义值，它的精确度为零。今后也无需再做精密测量了。而长度单位米、时间单位秒是通过这个定义值直接联系的。

狭义相对论的基本原理之一是光速不变原理。这与光速定义为一固定值是相一致的。不过迄今还有人仍在检验在更高的精确度下，光速究竟是否恒定。

除真空外，光能通过的物质叫做（光）介质，光在介质中传播的速度小于在真空中传播的速度，光在水中的速度：2.25×10^8m/s。光在玻璃中的速度：2.0×10^8m/s 。光在冰中的速度：2.30×10^8m/s。光在空气中的速度：3.0×10^8m/s(约数，实际上应小于299792458米/秒) 。光在酒精中的速度：2.2×10^8m/s。

本词条内容贡献者为:

陈波 - 副教授 - 中央财经大学