波长的改变 (2)
多普勒效应
超声波 应用6、超声波探伤：由于超声波的穿透能力很强， 可以制成超声波探伤仪，用来探查金属、陶瓷、混 凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、 空洞和裂纹等缺陷。 应用7、B超：就是利用超声波的发射，来探查人体 内部的各种器官、组织等有无异常，还可以确定肿 瘤的有无、位置和大小等等．
超声波 应用8、利用超声波清洗污垢：金属零件、玻璃和陶 瓷制品的除垢是件麻烦事，但如果在放有这些物品 的清洗液中通入超声波，清洗液的剧烈振动冲击物 品上的污垢，能够很快清洗干净。 应用9、声呐：超声波在水中传播 的距离要比光波和无线电波远得多。 水声测位仪就是根据超声波的这种 特性制成的装置，这种装置既能发 出短促的超声波脉冲．又能接收被 潜艇、鱼群或海底反射回来的超声 波，根据反射波滞后的时间和波速， 就可以确定潜艇、鱼群的位置或海 水深度
次声波 1、次声波的特点：次声波由于频率小 ,故波长较 长,易发生衍射,传播距离较远。 2 、次声波的应用：通过次声波探知几千千米外的 核武器试验和导弹的发射，或预报破坏性很大的 海啸、台风。 3、次声波对人体的影响
1）次声波1-3Hz：可以使人产生恐惧，地震前动物的不安， 也是这个频率的次声波引起； 2）次声波3-6Hz：能使人精神失常，失去理智； 3）次声波8-12Hz：可以使人思维集中，增强记忆力； 4）太强的次声波将使人感到烦躁、耳鸣、头痛、恶心和心 悸，人的晕船和晕车就是由于机械振动、空气和海浪摩擦发 生的次声波引起；特别强的次声波还会使人四肢麻木、耳聋、 鼻孔出血、内脏破裂，直至死亡。
（2）临床上应用多普勒效应:彩色多普勒超声诊断系统 医生向人体内发射频率已知的超声波，超声波被 血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波 的频率变化，就能知道血流的速度．这种方法俗 称“彩超”，可以检查心脏、大脑和眼底血管的 病变．
放射物理资料
式中μtr和 分别为线性能量转移系数和线性能量吸收系数。同样地，为避开同物质密度的相关性，常引入质能转移系数μtr/ρ和质能吸收系数μen/ρ。
例1-3已知铀 的K吸收限为0.0107nm， K 谱线波长0.0126nm那么L吸收限波长为（ ）nm。
A. 0.071；B. 0.035 ； C. 0.063； D. 0.0233；
这里U是管电压，以“千伏特”为单位 。
这里，λmin以纳米（nm）为单位。
连续X射线的最短波长只与管电压有关，而与其它因素无关。
入射电子与靶原子的内层电子发生作用，使靶原子的内层电子成为自由电子，外层电子向内层电子空穴跃迁，就产生标识X线。由于原子能级是分立的，所以这种能级跃迁的电磁辐射波长不连续，呈现为分立的线状谱。标识X射线中以激发最靠近原子核的K层电子所形成的能级跃迁的电磁辐射能量为最高，即所谓K线系，它们由分别来自L、M、N等外层电子的跃迁的谱线构成。以K线系为例，欲使K层电子成为自由电子，外界的激发能量必须大于K层电子在原子中的结合能，这就是标识辐射存在激发电压的原因。由于K层结合能最大，所以标识辐射一旦发生，线系中各谱线均会出现。结合能与线系中最短波长的光子能量对应。简单地说，如果线系中最短波长的谱线出现，后面几个波长较长的谱线也同时出现，否则整个线系消失。由于能级的位置不会改变，所以在管电压升高时，标识X射线的谱线位置不变，辐射的强度加大。但是，由于L、M、N等线系的光子能量小，辐射强度较弱，通常都被X射线管的管壁吸收而不能发射出去，只有光子能量较大的K系射线能穿过管壁而成为X射线谱中的标识X射线。这也是，一般主要给出K线系的标识辐射的原因。
当x很小时，上式通过泰勒级数展开，可近似为
318
每次相互作用，光子转移给电子的平均能量为
改变波长的方法
改变波长的方法
改变波长是能够实现特定光学效果的重要方法。
这个方法可以将一种波长的光
线转换成另一种频率或者波长。
这项技术主要用来制造或改变光谱，从而达到一定的效果。
改变波长的方法有很多种，其中最为常用的是利用不同介质来实现。
比如可以
利用水这种介质来变更波长，因为水中含有很多物质，其吸收长波、短波等不同类型的光，使得光波长发生变化。
此外，可以利用射线天线的中间介质，如空气或者水蒸气来变更波长。
还可以利用粒子加速器或者其它物理装置来改变波长，比如电子、核子等的碰撞。
此外，在另一种方面，可以利用激光器或放大器的镜系结构来改变波长。
放大
器镜可以生成特定波长的放大器，可用与分裂光源，从而实现改变波长的目的。
激光器也可以改变波长，主要是利用它可以产生相当大的能量，这种能量可以在介质中产生特定的波长。
总之，改变波长是一种实现特定光学效果的重要方法，主要有以上提及的一些
常用方法。
通过以上方法，人们可以利用改变波长的技术大大增强光学设备的效果，达到一定的目的。
康普顿散射公式的理论推导(5)
康普顿散射公式的理论推导夏烆光（中国船级社 大连分社 辽宁 大连 116091）提要：本文从介绍康普顿实验结果入手，分别地讨论了康普顿散射的实验结果，以及经典教科书关于康普顿散射实验结果的理论推导。
并指出，在经典的理论推导中，错误地利用了光子运动的横向相对论质量。
事实上，在简化处理动量和能量的关系式中，已经彻底丢失了电子运动质量的相对论效应。
因此说，这个理论结果并不能证明爱因斯坦质能关系式正确与否。
纠正了经典教科书中的错误做法，利用广义时空相对论的质能关系式，精确地导出了康普顿散射公式的实验结果，从而间接证明广义时空相对论的质能关系式本身的正确性。
关键词：康普顿 爱因斯坦 狭义相对论 广义时空相对论 康普顿散射 光子的横质量 光子的纵质量 光的量子理论 光的波动理论引 言按照狭义相对论，只有假设电子的相对论质量为横向质量()20/1c V m m -=⊥时，才能导出康普顿散射的实验公式。
然而在康普顿散射实验中，碰撞前电子是静止的，在碰撞过程中，光子把部分动量传给了电子，从而使电子产生运动。
因为，电子的运动方向总是与其所获得动量的方向一致，所以，此时此刻，电子的相对论质量理应采用它的纵向质量()[]320///1c V m m -=而不是它的横向质量（见【1】第31～32页）。
由此可见，在现行的教科书中，用电子横向质量()20/1c V m m -=⊥来推导康普顿散射公式的做法毫无道理（参见【2】）。
就康普顿散射实验而论，碰撞后电子的运动速度一般都远小于光速（c V <<），因而，电子质量的相对论效应十分有限，所以我们完全可以近似地忽略电子质量的相对论效应，这样一来，把碰撞后电子的质量用静止质量0m 代入，根据动量υ0m p =、及广义时空相对论的能量220υ+=c c m E ，并利用电子和光子的能量守恒定律和动量守恒定律，就可以严格地导出康普顿散射实验的理论结果。
为了清晰地讨论这个问题，我们先介绍康普顿散射实验结果及其实验公式。
波长的改变(2)
1、原理：差频产生是光场在非线性晶体发生 的三波混频二阶非线性频率下转换过程， 其基本过程如图所示：
2、差频技术可得到从可见光到30µm范围内 的可调谐光源。
3、特点： 调谐范围宽、效率高、结构简单、能够实现 光波快速扫描和调制，并且不需要液氮冷 却。
4、应用： 差频在环境监测、遥感、医疗诊断和治疗、 激光光谱学研究、材料处理、数据通信、 光电测量、激光测距、激光雷达、红外对 抗等领域具有广泛应用。
5、应用实例：差频可以制作可调谐的中红外 相干光源，使其能够运用中红外激光光谱 技术探测大气甲醛的污染。
1、原理
强泵浦光与非线性相应率足够大的晶体 中的分子之间的参量相互作用，这种作用 可以描述为分子引起的泵浦光子的非弹性 散射，它吸收了一个泵浦光子产生了两个 新的光子。
2、特点： 1）优点：调谐范围宽、效率高、结构简单、
1）定性分析 高分子聚合物的测定 对生物大分子的研究
2）定量分析： 拉曼散射光强度与活性成分的浓度成正比， 因此可以利用拉曼光谱进行定量分析。
激光拉曼光谱实验装置图 由激光照射系统、样品池、散射光的收集与分光系 统、信号处理系统，四部分组成
2、受激拉曼散射：强激光的光电场与原子中的 电子激发、分子中的振动或与晶体中的晶格相 耦合产生的散射光谱线强度迅速增加，发散角 减小，线宽变窄具有很强的受激辐射特性。
3、可调谐的拉曼激光器是基于受激拉曼散射 的参量振荡器。
4、应用：激光拉曼光谱技术
3、激光拉曼光谱技术应用实例： 有机化合物的结构分析
工作可靠。 2）缺点：输出波长的调谐是由泵浦和相位匹
配条件决定，难以实现快速的波长调谐。
3、应用实例：皮秒光参量振荡放大器可用于 指纹印迹识别。
1、拉曼散射：
波长周期和频率
课堂练习 一列横波沿直线传播，在传播方向上有A、B
两点，相距1.2m，当波刚好到达B点时开始计时， 已知4秒内，A位置的质点完成8次全振动，B位 置质点完成10次全振动。这列波的波长为多少？ 频率为多少？速度为多少？
一、波长（λ）
1、定义: 在波动中，振动相位总是相同的两个 相邻质点间的距离，叫做波的波长。
2.符号是Hale Waihona Puke ，单位是my/cmA
0
a
b
x/m
－A
说明： 平衡位置相距nλ的质点振动（步调）完全相同； 平衡位置相距(2n+1/2)λ的质点振动方向相反的。
从波形图上看
λ
λ
λ
λ
λ
λ
λ
λ
λ
λ
一、波长（λ）
复习:
1、波速等于波长和频率的乘积.
四、波长、v周期（或频或率v）和波速f 的关系
T
2、经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于 一个波长
3、波速等于波长和频率的乘积这一关系虽从机 械波得到，但对其他形式的彼（电磁波、光波） 也成立
五、波长、周期、波速的决定关系
1．波速由什么决定？ 波速由介质决定，与波的频率、质点的振幅无关
A．两个振动情况完全相同的质点之间的距离是 一个波长 B．任意两个波峰或波谷之间的距离叫波长 C．波动在一周期内向前传播的距离等于波长 D．在一个周期内质点所走过的路程等于一个波 长
课堂练习
关于波速说法错误的有（ ABC） A．波速由介质和波源共同决定E
B．提高振源频率，波的传播速度将增大 C．同时在空气中传播两列声波，波长较大的声 波传播较快 D．频率大的声波在空气中传播的波长越短 E．波速反映了介质中质点振动的快慢 F．波速反映了振动在介质中传播的快慢
光在不同介质中波长变化的原因
光在不同介质中波长变化的原因光的波动性质是我们研究光学的基础之一，而波长则是光的一个重要特性。
在不同介质中，光的波长可能发生变化，这是由光传播过程中与介质相互作用的效应所致。
本文将探讨光在不同介质中波长变化的原因。
1. 折射现象引起的波长变化折射是光线从一种介质进入另一种介质时改变传播方向的现象。
根据斯涅尔定律，光线在介质界面上折射时会发生改变，且其波长也会相应变化。
这是由于不同介质的光速不同，根据光的传播速度等于光的频率乘以波长的公式可知，当光线由一种介质传播到另一种介质时，其传播速度发生改变，而波长与频率保持不变，所以波长发生变化。
2. 散射作用引起的波长变化散射是光在物质中传播过程中与物质中的微粒相互作用而改变传播方向的现象。
散射现象是造成大气中的蓝天现象的原因之一。
根据散射理论，光的波长与物质微粒的大小相当时，会发生明显的散射效应。
因此，在介质中，光的波长与物质中的微粒大小相互比较，光的波长可能发生变化。
3. 多普勒效应引起的波长变化多普勒效应是指当光源与观察者相对运动时，观察者会感觉到光的频率和波长发生变化的现象。
当光源与观察者接近时，光的波长会缩短，频率增加；当光源与观察者远离时，光的波长会延长，频率减小。
多普勒效应也可以用于解释恒星的光谱移动。
4. 光的干涉与衍射引起的波长变化干涉和衍射是光在传播过程中与自身相互作用的现象。
干涉是指两个或多个波源发出的波相互叠加而形成的明暗交替的条纹的现象。
在干涉过程中，波长决定了明暗间隔的大小。
衍射是指光通过狭缝或物体边缘时发生偏转的现象。
衍射现象也与波长有关，波长越长，衍射效应越明显。
总结起来，光在不同介质中波长变化的原因主要有折射、散射、多普勒效应以及干涉与衍射等。
这些因素的作用使得光在传播过程中波长发生改变，进而对人们的视觉感知和光学实验产生重要的影响。
理解光在不同介质中波长变化的原因，对于光学研究和应用具有重要的意义。
高中物理选择性必修一第3节 波的反射、折射和衍射
第3节波的反射、折射和衍射核心素养物理观念科学思维1.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象。
2.了解波的衍射现象和衍射图样，知道波发生明显衍射现象的条件。
3.知道衍射是波特有的现象。
通过发波水槽实验探究水波发生明显衍射现象的条件。
知识点一波的反射、波的折射1.波的反射(1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象。
(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同。
(3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。
如图所示。
2.波的折射(1)波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。
(2)波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。
[思考判断](1)波向前传播在两介质的界面上要么发生反射，要么发生折射，二者不会同时发生。
(×)(2)波发生反射时波的频率不变，波速变小，波长变短。
(×)(3)波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化。
(√)反射波的波长、频率、波速与入射的相关量相同吗？提示反射波与入射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变，波的频率是由波源决定的，因此，波的频率也不改变，由此我们可知波长也不改变。
即反射波的波长、频率、波速都跟入射波的相关量相同。
折射现象中，波长、波速、频率都变化吗？提示在波的折射现象中，波的频率不改变。
波速和波长都发生变化。
知识点二波的衍射[观图助学]1.定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。
2.实验现象(1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝。
(2)现象：狭缝宽度比波长大得多，波的传播如同光沿直线传播一样，在挡板后面产生“阴影区”；在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小时，水波可以绕到挡板后面继续传播。
3.发生明显衍射现象的条件缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小。
[思考判断](1)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象。
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倍频 差频 光参量振荡 拉曼
1、定义 在强激光作用下产生非线性效应，使频率 为ω的激光通过晶体后变为频率为nω的倍频 光。 2、原理：激光通过倍频晶体，通过角度相 位 匹配，产生非线性光学效应，使得波长变 短，强度增强。
3、目的： 扩大了激光的波段，获得更短波长的激光。 4、应用实例： 利用倍频技术可输出紫外激光，紫外激光具有 波长短，聚焦性能好，光子能量高，能激发特 定的光化学反应等优点。在许多领域都有广泛 的应用。例如355nm紫外激光器可对材料进行 冷加工，从而避免了热加工产生的热效应。
M M
3、可调谐的拉曼激光器是基于受激拉曼散射 的参量振荡器。 4、应用：激光拉曼光谱技术
3、激光拉曼光谱技术应用实例： 有机化合物的结构分析 1）定性分析 高分子聚合物的测定 对生物大分子的研究
2）定量分析： 拉曼散射光强度与活性成分的浓度成正比， 因此可以利用拉曼光谱进行定量分析。
激光拉曼光谱实验装置图
3、应用实例：皮秒光参量振荡放大器可用于 指纹印迹识别。
1、拉曼散射： 当一束光入射到分子上时，除了产生与入射光 频率ω0相同的散射光外，还有频率分量为 ω0±ω 的散射光， ω 是与分子振动或转动频 率相关的频率。 2、受激拉曼散射：强激光的光电场与原子中的 电子激发、分子中的振动或与晶体中的晶格相 耦合产生的散射光谱线强度迅速增加，发散角 减小，线宽变窄具有很强的受激辐射特性。
1、原理 强泵浦光与非线性相应率足够大的晶体 中的分子之间的参量相互作用，这种作用 可以描述为分子引起的泵浦光子的非弹性 散射，它吸收了一个泵浦光子产生了两个 新的光子。
2、特点： 1）优点：调谐范围宽、效率高、结构简单、 工作可靠。 2）缺点：输出波长的调谐是由泵浦和相位匹 配条件决定，难以实现快速的波长调谐。
1、原理：差频产生是光场在非线性晶体发生 的三波混频二阶非线性频率下转换过程， 其基本过程如图所示：
2、差频技术可Biblioteka 到从可见光到30µ m范围内的 可调谐光源。 3、特点： 调谐范围宽、效率高、结构简单、能够实现 光波快速扫描和调制，并且不需要液氮冷 却。
4、应用： 差频在环境监测、遥感、医疗诊断和治疗、 激光光谱学研究、材料处理、数据通信、 光电测量、激光测距、激光雷达、红外对 抗等领域具有广泛应用。 5、应用实例：差频可以制作可调谐的中红外 相干光源，使其能够运用中红外激光光谱 技术探测大气甲醛的污染。