光思维导图
中心主题：光
1. 光的本质
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1.1 波粒二象性
- 1.1.1 波的性质
- 干涉：光的叠加，形成干涉条纹
- 衍射：光绕过障碍物传播，改变传播方向
- 偏振：横波特有，振动方向与传播方向垂直
- 频率：决定光的颜色
- 波长：与频率成反比，不同波长对应不同颜色
- 1.1.2 粒子的性质
- 光子：能量的基本单元，不可分割
- 能量：E=hv，与频率成正比，h为普朗克常数
- 动量：p=h/λ，与波长成反比
- 光电效应：光照射到金属表面，产生电子发射
- 康普顿效应：光子与电子碰撞，改变方向和波长
- 1.1.1 波的性质
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1.2 电磁波
- 1.2.1 电场与磁场的相互作用
- 麦克斯韦方程组：描述电磁场的基本规律
- 电磁波的产生：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场
- 传播速度：真空中的光速 c ≈ 3 × 10^8 m/s
- 1.2.2 电磁波谱
- 无线电波：长波、中波、短波、微波
- 应用：通信、广播、雷达
- 红外线：热效应
- 应用：遥控、热成像、红外夜视
- 可见光：人眼可以感知的范围
- 颜色：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
- 紫外线：化学效应
- 应用：杀菌、消毒
- X射线：穿透性
- 应用：医学诊断、工业探伤
- 伽马射线：高能量
- 应用：放射治疗、核物理研究
- 无线电波：长波、中波、短波、微波
- 1.2.1 电场与磁场的相互作用
2. 光的传播
- 2.1 直线传播
- 条件：均匀介质中
- 应用：影子、日食、月食、激光准直
- 2.2 反射
- 反射定律：入射角等于反射角，入射光线、反射光线和法线在同一平面内
- 镜面反射：平行光线入射，平行光线反射
- 漫反射：平行光线入射，向各个方向反射
- 成像：平面镜成像、球面镜成像
- 平面镜：虚像、等大、左右相反
- 凹面镜：实像、虚像，放大、缩小
- 凸面镜：虚像、缩小
- 2.3 折射
- 折射定律：入射角与折射角满足 n1sinθ1 = n2sinθ2
- 折射率：n = c/v，材料的光学性质
- 全反射：光从光密介质射向光疏介质，入射角大于临界角时发生
- 应用：光纤通信、内窥镜
- 透镜成像：
- 凸透镜：会聚作用，实像、虚像，放大、缩小
- 凹透镜：发散作用，虚像、缩小
- 2.4 光的散射
- 瑞利散射：波长短的光更容易被散射
- 应用：蓝天、日落时的颜色
- 丁达尔效应：光通过胶体时产生的散射现象
- 瑞利散射：波长短的光更容易被散射
3. 光与物质的相互作用
- 3.1 光的吸收
- 原子对光子的吸收：能量必须匹配
- 光谱：连续光谱、明线光谱、暗线光谱
- 应用：光谱分析
- 黑体辐射：与温度有关的辐射
- 3.2 光的色散
- 棱镜色散：不同波长的光折射率不同
- 彩虹：光的折射和反射
- 3.3 光致发光
- 荧光：短时间内发光
- 磷光：较长时间内发光
- 发光二极管(LED)：电致发光
4. 光的应用
- 4.1 照明
- 白炽灯、荧光灯、LED灯
- 光强、照度
- 4.2 通信
- 光纤通信：利用光的全反射
- 无线光通信(LiFi)
- 4.3 医学
- 激光手术、光动力疗法
- 医学影像：X光、CT
- 4.4 能源
- 太阳能电池：光伏效应
- 光热发电
- 4.5 图像
- 摄影：相机、摄像机
- 全息摄影
- 4.6 测量
- 激光测距、干涉测量
- 光谱分析
5. 光学仪器
- 5.1 望远镜
- 折射望远镜：利用透镜
- 反射望远镜：利用反射镜
- 5.2 显微镜
- 光学显微镜：利用透镜
- 电子显微镜
- 5.3 相机
- 镜头、光圈、快门、感光元件
- 5.4 光谱仪
- 分光元件、探测器
6. 视觉
- 6.1 眼睛的结构
- 角膜、晶状体、视网膜、视神经
- 6.2 成像原理
- 晶状体调节、视网膜成像
- 6.3 色觉
- 视锥细胞：感受颜色
- 色盲、色弱
- 6.4 视觉缺陷
- 近视、远视、散光
7. 光的未来发展
- 7.1 量子光学
- 单光子源、量子纠缠
- 7.2 超快光学
- 飞秒激光
- 7.3 光子芯片
- 光计算
- 7.4 新型显示技术
- MicroLED、OLED
- 7.5 光学传感
- 高灵敏度传感器