欣赏物理学—光的美丽

• 极光是由于太阳带电 粒子进入地球磁场， 在地球南北两极附近 地区的高空出现的彩 色发光现象，一般呈 带状、弧状、幕状、 放射状，这些形状有 时稳定有时作连续性 变化。在南极称为南 极光，在北极称为北 极光。
• 极光多种多样，五彩缤纷，形状不一，绮丽无比， 在自然界中还没有哪种现象能与之媲美。任何彩 笔都很难绘出那在严寒的两极空气中嬉戏无常、 变幻莫测的炫目之光。 极光有时出现时间极短， 犹如节日的焰火在空中闪现一下就消失得无影无 踪；有时却可以在苍穹之中辉映几个小时；有时 像一条彩带，有时像一团火焰，有时像一张五光 十色的巨大银幕 ，仿佛上映一场球幕火影，给人 视觉上以美的享受。
光的美丽
物理与电子工程学院 材料物理12-01 李鹏洋 541211020122
• 光是人眼可以看见的一系列电磁波，也称可见谱。 在科学上的定义，光是指所有的电磁波谱。光是 由光子为基本粒子组成，具有粒子性与波动性， 称为波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透 明的物质中传播。对于可见光的范围没有一个明 确的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波长在 380～760nm之间。人们看到的光来自于宇宙中 的发光物质（例如恒星）或借助于产生光的设备， 包括白炽灯泡、荧光灯管、激光器、萤火虫等。
闪电击中自由女神像
• 新浪科技讯 北京时间10月 13日消息，据国外媒体报 道，纽约摄影师杰伊· 菲恩 上月底在曼哈顿炮台公园 市夜间的暴风雨中拍下了 壮观瞬间，一道闪电击中 了自由女神像。他的这张 照片有望赢得完美照片之 称。
• 9月22日晚，菲恩端着照相机在暴风雨中度过近2 小时，拍了80多张照片，之后，8:45分他拍到这 张特别的闪电照。菲恩先生40多年来一直希望拍 到这一时刻，现年58岁的他表示，看到这张照片 自己惊呆了。他说：“我留意过天气预报，所以 我知道暴风雨要来，那就像是一个重要机会。我 准备好等待着，闪电终于来了，我拍了81张照片， 最后拍到这一张。意识到发生了什么事之后我惊 呆了。运气真的是太好了，这是一生一次的机会。 它是那种我有生以来第一次看到的照片。”
• 定向发光 • 普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一 个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置， 如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的 反光镜，使辐射光汇集起来向一个方向射出。激 光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光 束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。 1962年，人类第一次使用激光照射月球，地球离 月球的距离约38万公里，但激光在月球表面的光 斑不到两公里。若以聚光效果很好，看似平行的 探照灯光柱射向月球，按照其光斑直径将覆盖整 个月球。天文学家相信，外星人或许正使用闪烁 的激光作为一种宇宙灯塔来尝试与地球进行联系。
• 激光的理论基础起源于大物理学家‘爱因斯坦’， • 1917年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论‘光 与物质相互作用’。这一理论是说在组成物质的 原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同 的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激 发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时 将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在 某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的 现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激 光。
• 激光应用很广泛，主要有激光打标、光纤通信、 激光光谱、激光测距、激光雷达、激光切割、激 光武器、激光唱片、激光指示器、激光矫视、激 光美容、激光扫描、激光灭蚊器等等。我国激光 产业的下游需求主要是激光加工、光通讯、激光 测量、激光器、激光元部件、激光医疗，其市场 份额分别为43.5%、25.7%、14.3%、6.1%、 4.8%、3.7%。
• 一道闪电的长度可能只有数百米(最短的为100米)， 但最长可达数千米。闪电的温度，从摄氏一万七 千度至二万八千度不等，也就是等于太阳表面温 度的3~5倍。闪电的极度高热使沿途空气剧烈膨 胀。空气移动迅速，因此形成波浪并发出声音。 闪电距离近，听到的就是尖锐的爆裂声；如果距 离远，听到的则是隆隆声。
灯光，让城市更美好
• 城市，让生活更美好是中 国2010年上海世界博览会 的主题，我觉得这句话应 该还有个下联，那就是灯 光，让城市更美好。现如 今，我们的世界已经离不 开光了，没有光的城市夜 晚一片漆黑。相反，每当 夜幕降临，灯光打开，城 市就像一位少女，静谧、 温馨，是那么的美丽，相 信没有灯光绝不会达到如 此效果。
• 亮度极高 • 在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度 最高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器 的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。因为激光 的亮度极高，所以能够照亮远距离的物体。红宝 石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为 0.02勒克斯（光照度的单位），颜色鲜红，激光 光斑肉眼可见。若用功率最强的探照灯照射月球， 产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根 本无法察觉。激光亮度极高的主要原因是定向发 光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出， 能量密度自然极高。 • 激光的亮度与阳光之间的比值是百万级的，而且 它是人类创造的。
自然的力量—闪电
• 是一种自然现象，通常是暴风云（积雨云）产生 电荷，底层为阴电，顶层为阳电，而且还在地面 产生阳电荷，如影随形地跟着云移动。正电荷和 负电荷彼此相吸，但空气却不是良好的传导体。 正负电荷克服空气的阻障而连接上。巨大的电流 沿着一条传导气道从地面直向云涌去，产生出一 道明亮夺目的闪光。
• 激光通信是激光在大气空间传输的一种通信方式。 激光大气通信的发送设备主要由激光器（光源）、 光调制器、光学发射天线（透镜）等组成；接收 设备主要由光学接收天线、光检测器等组成。 • 激光在美容界的用途越来越广泛。色素沉着，如 太田痣、鲜红斑痣、雀斑、老年斑、毛细血管扩 张等，以及去纹身、洗眼线、洗眉、治疗瘢痕等； 而2013年以前一些新型的激光仪，高能超脉冲 CO2激光，铒激光进行除皱、磨皮换肤、治疗打 鼾，美白牙齿等等，取得了良好的疗效，为激光 外科开辟越来越广阔的领域。
• 彩虹其实只要有空气中有水滴，而阳光正在观察 者的背后以低角度照射，便可能产生可以观察到 的彩虹现象，彩虹最常在下午，雨后刚转天晴时 出现，这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的 一边因为仍有雨云而较暗，而观察者头上或背后 已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容 易被看到。另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布 附近，在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷 洒水雾，亦可以制造人工彩虹。
• 激光最初的中文名叫做“雷射”、“莱塞”，是 它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意 思是“通过受激辐射光扩大”。激光的英文全名 已经完全表达了制造激光的主要过程，激光的原 理早在 1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦 发现。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将 “光受激辐射”改称“激光”。
• 激光的颜色 • 激光的颜色取决于激光的波长，而波长取决于发 出激光的活性物质，即被刺激后能产生激光的那 种材料。刺激红宝石就能产生深玫瑰色的激光束， 它应用于医学领域，比如用于皮肤病的治疗和外 科手术。公认最贵重的气体之一的氩气能够产生 蓝绿色的激光束，它有诸多用途，如激光印刷术， 在显微眼科手术中也是不可缺少的。半导体产生 的激光能发出红外光，因此我们的眼睛看不见， 但它的能量恰好能"解读"激光唱片，并能用于光 纤通讯。但有的激光器可调节输出激光的波长。
应用领域
• 激光的应用领域非常广，激光加工技术是利用激 光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与 非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔、微 加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传 统应用最大的领域为激光加工技术。 • 激光武器是一种利用定向发射的激光束直接毁伤 目标或使之失效的定向能武器。根据作战用途的 不同，激光武器可分为战术激光武器和战略激光 武器两大类。
结束语
• 光在我们的世界无处不在，她的美丽还有很多， 这里由于篇幅和学生知识面所限，有很多不尽完 善的地方，上传到e空间，不仅是和大家分享，更 多的是希望大家集思广益，多多搜集材料加以补 充，把这个专题做的更好，象中的一种光学 现象，当太阳光照射到半空中的水滴，光线被折 射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光谱，彩 虹的七彩颜色究竟是哪七种有不同的说法，东亚、 中国对于七色光来说最普遍的说法是（从外至 内）：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫或红、橙、 黄、绿、蓝、靛、紫，而西方常用的排色则为后 者去掉靛色而成为六色。