A-level 物理/电子、波和光子/电磁波

结构

电磁 (EM) 波是横波，可以传递能量。这意味着光可以像所有其他横波一样被偏振。根据能量的大小，波形成 **电磁频谱**，包括（从最长到最短波长）：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、伽马射线。通常称为 EM “辐射”，这些波的波长范围从几千公里 ($\geq 10^{5}$ m) 到亚皮米 ($\leq 10^{-12}$ m)。

该波实际上是由两个垂直于波传播方向的成分组成的。EM 辐射可以被认为是粒子（光子）或波，这通常被称为“波粒二象性”。

光速

所有电磁波以相同的速度（在真空中）传播，这就是被称为“光速”的宇宙常数，通常用小写字母“c”表示。

光速为（精确地）
c = 299 792 458 $m/s$ 或
c = 983 571 056 $ft/s$

可见光

在电磁频谱的中间是可见光，即人眼进化出来观察的范围。以下是可见光的波长图表。

  Colour                  Wavelength (m)
  near ultraviolet          3.0 e -7 
  shortest visible blue     4.0 e -7
  blue                      4.6 e -7
  green                     5.4 e -7
  yellow                    5.9 e -7
  orange                    6.1 e -7
  longest visible red       7.6 e -7
  near infra-red            1.0 e -6
  (Table 9.1, Griffiths)

有用方程式

要找出特定 EM 波的能量或其频率，可以使用爱因斯坦方程的几种形式。

首先，要从 EM 波的波长 $\lambda$ 确定其频率 $\nu$。波长乘以频率始终为常数：光速 $c$。因此，

(1) c = $\nu \lambda$,

因此，您可以从波长找出频率，或者从简单地操纵这种关系找出反之。

接下来，要从 EM 波的最小量（光子）确定能量。这里，我们必须引入另一个被称为“普朗克常数”的宇宙量，通常用小写字母“h”表示。普朗克常数为

h = 6.626068 e -34 $m^{2}kg/s$.

有了这个，我们可以使用“普朗克方程”，它提供了光子的频率 $\nu$ 和能量 $E$ 之间的关系。关系如下

(2) E = h $\nu$.

现在，如果我们只有波长可以使用，我们可以操纵方程式 (1) 来获得我们需要的东西。

(1) c = $\nu \lambda$,

    $\nu =c/\lambda$,

(2) E = h c / $\lambda$.

参考文献

（按数学/材料深度排序）

Halliday D.; Resnick R.; Walker J.; **物理学基础，第 4 部分：第 34-38 章。** 第 6 版。John Wiley & Sons, Inc.，2003 年。第 34 章。

Griffiths，David J. **电动力学导论。** 第 3 版。新泽西州上萨德尔河：Prentice-Hall, Inc.，1999 年。第 9 章，第 364-411 页。

Rybicki，G.; Lightman，A. **天体物理学中的辐射过程。** Wiley-Interscience，1985 年。