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眾所周知,聲波作為機械波的一種形式,是由物體的振動產生的。同理,可見光作為一種特定頻段的電磁波,能否也可以被認為是由電荷的振動產生的? 似乎現行的初中物理課本,聲學部分都會明確提到“聲音是由物體的振動產生的”。而光學部分,對於光源的具體機理,則一字不提。 很莫名其妙的樣子!
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  • 1 # 高中物理工作室

    你好,你問題中提到:“眾所周知,聲波作為機械波的一種形式,是由物體的振動產生的。同理,可見光作為一種特定頻段的電磁波,能否也可以被認為是由電荷的振動產生的?”這個理解不對。

    聲波屬於機械波,同樣的還有水波,繩波,彈簧波,地震波,他們都屬於機械波。機械波是機械振動在介質中的傳播稱為機械波(mechanical wave)。機械波的產生源於波源物體的振動,機械波的傳播需要特定的介質,在不同介質中的傳播速度也不同,在真空中根本不能傳播。機械波可以是橫波,也可以是縱波。

    可見光屬於電磁波,電磁波由電磁振盪產生,而電磁波(例如光波)可以在真空中傳播;

    是以波動的形式傳播的電磁場,具有波粒二象性。電磁波是由同相振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動,其傳播方向垂直於電場,電磁波在真空中速率固定,速度為光速。

    電磁波伴隨的電場方向,磁場方向,傳播方向三者互相垂直,因此電磁波是橫波。

    電子能級躍遷中,當其能階躍遷過輻射臨界點,便以光的形式向外輻射,此階段波體為光子。不同能級躍遷,釋放(吸收)光波頻率不同。

    太Sunny是電磁波的一種可見的輻射形態,電磁波不依靠介質傳播,在真空中的傳播速度等同於光速。電磁輻射由低頻率到高頻率,主要分為:無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線。人眼可接收到的電磁波,稱為可見光(波長380~780nm)。電磁輻射量與溫度有關,通常高於絕對零度的物質或粒子都有電磁輻射,溫度越高輻射量越大,但大多不能被肉眼觀察到。

  • 2 # 李永樂老師

    題主提到:機械波的產生是由於物體的振動。機械波是在介質中傳播的壓力,也就是說,介質中一個質點振動,會帶動附近的質點振動,因而由近及遠形成波。比如我們抖一根繩子,繩子上的每個質點都因為受到前一個質點的力而運動,同時也會透過力使後一個質點振動起來。

    聲波、水波、彈簧波、地震波都是如此。因此,機械波要形成,不光要有波源,同時還要有能夠傳播機械波的介質。在真空中是不能傳播機械波的。

    光波不是機械波,而是電磁波。麥克斯韋提出:振盪的電場和磁場可以相互激發,向遠處傳播,從而形成電磁波。

    電磁波由於是電場和磁場相互激發產生,因此不需要介質,在真空中也能傳播。

    電磁波在真空中的速度都是光速,每秒三十萬公里,但是波長和頻率各不相同。波長越長,頻率就越小。人們按照電磁波的波長或頻率可以將電磁波分為幾類:無線電、光、X射線、伽瑪射線

    下面我們分別對這幾種電磁波的產生原因做一個說明。

    無線電波

    無線電波波長最長、頻率最低。我們的手機、電視、廣播等都使用無線電進行通訊。無線電波的產生方式是LC振盪電路,也就是題主所說的“電荷週期性振動”

    在一個電路中串聯一個電容器C和一個電感L,由於電容和電感的作用,電路中會產生週期性的電流,對電容器反覆充電和放電。根據經典電動力學,此時就會產生變化的電磁場,從而形成電磁波。在收音機、手機裡都有這樣的裝置,只是我們還需要對訊號進行調製。

    我們可以把紅外線、可見光、紫外線都稱作光。在這個波長頻率範圍內,LC迴路已經無能為力了,只有原子外層電子躍遷才能產生。比如我們常見的日光燈管,就是汞原子受到電子撞擊而激發,當它從激發態回到基態時,就會發出紫外線。紫外先再撞擊熒光粉,就會使熒光粉發出可見光。

    關於原子能級的理論,最早是玻爾為了解釋氫光譜而提出的,它認為電子在原子外圍存在不同的軌道,不同的軌道能量不同。電子在每個軌道上運動時,都不會發出電磁波;只有電子在兩個軌道之間躍遷時,才會吸收或者輻射電磁波。

    當時人們還不能完全理解這個理論,因為這與傳統電動力學的觀點不同。不過現在人們已經認識到,在微觀世界必須拋棄傳統理論,而使用量子力學。

    X射線

    X射線最早是由倫琴發現的,所以也稱為倫琴射線。倫琴不光發現了X射線,還拍攝了第一個X照片,是給他老婆的手拍攝的。

    X射線的波長比光還要短,能量更大。它的是由於原子的內層電子躍遷產生。目前X射線的主要應用在安檢和醫療上的透視。

    伽瑪射線

    伽瑪射線波長最短,頻率最高,能量最大,穿透力最強。它是由於原子核躍遷產生的。就像原子的外層電子一樣,原子核也具有能級。如果原子核從高能級回到基態,也會發出電磁波,因為這種能量非常巨大,所以形成的電磁波波長很短,就形成了伽瑪射線。

    伽瑪射線目前在醫療上用於殺死癌症細胞,在工業上主要用於金屬探傷機。由於伽瑪射線能夠使基因變異,很多電影都以此為主題展開想象,比如曼哈頓博士、神奇四俠、綠巨人, 都是傳說因為伽瑪射線照射而具有神奇的能力。

    但事實上,原子彈爆炸時,殺傷力之一就是伽瑪射線。人在大劑量伽瑪射線照射下必死無疑。

    綜上所述,在長波長、小頻率的電磁波,滿足經典電動力學時,的確是電荷週期性振動產生的。但光、X射線、伽瑪射線這種短波長、大頻率的電磁波,都是原子或原子核進行能級躍遷時發出的,所滿足的規律是量子力學。題主說初中書上“隻字未提”,的確,因為這是寫在高中書上的。

  • 3 # 四十養生

    不能!

    光是構成物質的比電子更小更基本的能量粒子團或能量粒子在擴散時或熱運動中對構成空間的剛性極大的基本粒子的撞擊而由基本粒子傳遞的撞擊力。這種力的產生依賴於能量粒子熱運動的強度和對於基本粒子碰撞的頻率,而力的釋放同樣取決於物質所含能量粒子與基本粒子接觸的機率和熱運動的強度。光產生於能量(包含物質中的能量)、傳播於空間、終止於能量(包含物質中的能量)。光在太空中只有力的屬性:大小、方向和週期,只有被物質的能量粒子團以一定機率接受並釋放後才表現出光的頻率、強度等屬性。電子等質量體積非常小的能量粒子團被原子核和宇宙雜散光共同作用呈現電子雲這種軌跡複雜多變的運動形式。電荷其實同光一樣,也是被傳導的力,這種力的來源是物質不同體積質量的能量粒子團相互之間的斥力,這種力的傳播介質是物質間的能量粒子團,在電子之間傳遞作用最強,應該歸屬在物質內部傳遞的內力,而光則是遠距離物質間透過空間傳遞的外力。週期性變化的內力並不會引起小尺度空間結構的共振,所以空間中電場會迅速減弱。而光作為週期性變化的物質間外力則非常容易在更小尺度的空間結構中引起共振傳導,所以,太空是光的良導體,是電的絕緣體,而金屬因自由電子量多且活躍,成為電的良導體,但卻是光的絕緣體。純原創理論,歡迎關注討論,共同揭示宇宙奧秘。

  • 4 # 媽咪說MommyTalk

    瀉藥。

    題主的直覺也是很準啊!為什麼一定是電荷而不是其他?哈哈 冥冥之中。。不過你別說還有點那個意思。

    下圖是一張電磁波譜(盜用樂樂老師一張圖)頻率從低到高。

    既然聲波和電磁波都是波,那我舉個不恰當的例子,我們和聲音的頻率對比一下,可見光就像是我們能聽到的聲音,頻率比可見光低的就相當於次聲波,頻率比可見光高的就相當於超聲波。

    為什麼這麼舉例呢,後面會說到。

    電磁學中說電磁波是透過偶極子震盪產生的。

    偶極子是啥?就是一對符號相反的電荷或者“磁荷”,一正一反,緊緊相擁。。

    一對符號相反的電荷、磁荷振盪產生了電磁波!題主冥冥之中的猜想還是有點靠譜的!

    但是要想理解偶極子震盪如何電磁波還需要惡補一番。

    準確的說我們單獨說電荷的表示一種物理屬性,在組成物質的微粒中,電荷就好比物件,有的人有,有的人沒有。所以有的微粒帶電有的不帶電,其中帶正電的叫做正電荷,帶負電的叫做負電荷,單身狗就很可憐。。(嚴重跑題!)

    同性相斥異性相吸。帶正電的微粒會和帶負電的微粒相互吸引,和一樣帶正電的微粒相互排斥。原因就是有物件的人身上存在一種光環,我們叫做“電場”,當然這個光環有正負之分。

    (下圖為有正物件之人)

    (下圖為有正物件和負物件之人相互吸引)

    好了,偶極子有了,如何振動呢?

    事實情況很糟糕,這些自由粒子過於調皮,一直無規則的運動啊,而且都是高速運動,並不是我們想要的週期振動,而且高速運動對於研究帶電粒子的受力分析很吃力,不過在研究的過程中,透過一種變換可以得到一種新的場,對於研究運動中的帶電粒子很好用,這種變換就叫做“洛倫茲變換”,透過洛倫茲變換,得出一種運動中的場,就是“磁場”。所以,磁場是電場的相對論效應。(看過我影片的童鞋對洛倫茲變換並不陌生吧。)

    只要一個物體不是絕對零度,組成它的基本粒子就會一直運動,帶點粒子運動產生磁場,磁場的運動又會是電荷本身和其他電荷受力運動,感應出了電流,從而產生電場,一直如此往復。。

    像上面所說的不斷轉化的電場和磁場統稱為電磁場,轉過的過程就叫做電磁振盪。這個過程就會產生電磁波。所以本質上電磁波的產生就是由於電偶極子的振動。你看你看,題主對了吧。

    但是這個過程產生的電磁波因為頻率很低,而且很不穩定,就像是一個人說話一會兒男人一會兒女人,所以沒什麼實際用途,唯一一點,你知道有溫度的物體一直在輻射電磁波就可以了。

    我們如果想要得到穩定頻率的電磁波就需要特定的手段,就比如LC振盪電路可以產生無線電波,能級的躍遷產生光子等等。。(具體看李老師答案)

    至此,我應該可以交卷了,不過,你可能存在一個問題:電磁波的產生是因為偶極子的振動,光的產生是因為能級躍遷,光又是電磁波,這兩個答案不矛盾嗎?

    個人認為並不矛盾,觀點有二:

    1、理論上透過LC震盪電路可以得到所有電磁波,只不過你無法做到電感和電容都很小啊,看公式:

    這就好比,我們透過敲桌子想要得到海豚音,把桌子敲碎了臣妾也做不到啊。

    媽咪叔專注通俗易懂趣味科學科普。

    科學的基本觀念本質上大都很簡單,通常都可以用人人皆知的語言來表達。——愛因斯坦

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