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波长|波长公式|波长与频率关系

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波长

什么是波长?波长是指波在一个振动周期内传播的距离,也就是沿着波的传播方向,相邻两个振动位相相差2π的点之间的距离。

波长λ等于波速u和周期T的乘积,即λ=uT。同一频率的波在不同介质中以不同速度传播,所以波长也不同。

在机械波为横波的图像中,两个相邻的波峰(或波谷)x轴上的距离为波长的大小。具体如图所示。

波动图像找波长

波长公式

高中物理题目涉及到的波长公式有三个,分别如下:

(1)λ=uT

公式中,u为波速,T为振动周期,λ为波长。

(2)λ=u/f

公式中,u为波速,f为振动频率,λ为波长。

(3)Lλ=d△x

这是利用双缝干涉实验来测量光波波长的波长公式。公式中,L为双缝到光屏的距离,λ为波长,d为双缝距离,△x为相邻的两个干涉明纹间的距离。

这是高中物理教材选修3-4光的本性中的内容。

此外,还经常通过读图来确定波长的大小。通过读图确定波长大小的方法:

两个相邻的波峰(或波谷)在x轴上的距离,即为波长λ的大小。具体见下方光的波长测量的解释。

光的波长测量

利用托马斯杨双缝干涉实验,可以测量单色光的波长,其方程为:

Lλ=d△x

公式中,L为双缝到光屏的距离,λ为波长,d为双缝距离,△x为相邻的两个干涉明纹间的距离。

平行度较好的单色光(激光),通过双缝(双缝间距离为d)后,会在距离双缝L的屏上呈现出明显的等间距的干涉条纹。具体如图所示(某红光的干涉条纹)。

波粒二象性之红光干涉条纹

利用托马斯杨双缝干涉实验测量波长的实验原理图如下图所示。

如果图中P点,为第一条亮纹中心,则OP的距离,即为△x;如果P为第n条亮纹中心,则OP的距离为n△x;

测量出OP的距离,并将△x计算的结果带入方程(Lλ=d△x),即可计算出该波波长的大小。该部分不好理解,建议同学们看王尚老师的物理自诊断的视频讲解。

光的波长测量

波长与频率关系

在波速固定的前提下(比如光速),波长与频率关系满足反比例关系。

波长与频率关系公式为:λ=u/f

公式中,u为波速,f为振动频率,λ为波长。

光波的波长

光也是一种横波,严格来说是电磁波。光波的波长也满足上述波的性质与计算公式。

光波的波长与频率关系公式为:c=u/f

公式中,c为光速,f为光的频率,λ为波长大小。由于光速是固定数值(3×108m/s)

可见光的波长与颜色

根据波长由小到大的顺序,整个电磁波波谱的波长统计如下图所示。

波长与颜色

可见光的波长与颜色的关系为:红橙黄绿青蓝紫,波长依次减小(频率逐步增大)。

红光与紫光的波长

红光与紫光的波长关系为:红光波长大,紫光波长小。

红外线和紫外线的波长

红外线和紫外线的波长关系为:红外线的波长大(比红光波长还大),紫外线的波长小(比紫光波长还小)。

波长与能量的关系

这里说的波长与能量的关系,指的是光的波长与光子能量的关系。简而言之,波长越大,光子的能量越小。

这是因为光子的能量计算式为ε=hf,即光子能量与光的频率(常用f或v表示)成正比例关系。

由于红光的波长大,紫光的波长小,所以红光的光子能量小,紫光的光子的能量大。理由见上述文章王尚帮助大家整理的波长与频率的关系。

特别注意的是,这里说的是光子的能量,是一个光子的能量,并不是一束光的能量大小比较。

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