当前课程知识点:光学 >  Chapter 2 Electro-Magnetic Wave(电磁波) >  2.6 Momentum and photo-Pressure(动量和光压) >  2.6 Momentum and photo-Pressure

返回《光学》慕课在线视频课程列表

2.6 Momentum and photo-Pressure在线视频

下一节:2.7.1 Dipole Oscillator 1

返回《光学》慕课在线视频列表

2.6 Momentum and photo-Pressure课程教案、知识点、字幕

上面我们谈到的是光带有能量

这个能量我们用光强

或者说是一个平均的能流密度来表示

今天我们要讨论的是电磁波或者是光

还带有动量

所以我们现在讲的话是

光的动量

是momentum

电磁场的momentum

这个momentum的话

实际上和光压联系在一起的

我们会谈到pressure

比如说这样子的一个

我这边有一个吸收的表面

我现在这条线就代表一个平面了

现在我有光

射过来 一个平面波

我用这样的一个能流

能量流来表示

换句话说一个光照在平面

就像我现在这张纸一样

有日光灯照在我这个纸面上

这样子的话 就这样一个样子

当然我现在的话有一个

理想的这样的一个表面

这叫total absorbing

全吸收的

我的光照在这个表面

我这个表面把照上来的光全部吃掉 吸掉

所以这实际上是一个black

一个黑色的一个表面

在这种情况下的话

那么在这种情况下

我这个表面会不会受到力

你可以想象的话

它应该是受到一个压力

这个压力是怎么产生的呢

是因为我的这个光带有能量

带有能量的话

同时光如果带有能量的话

那也就会带有动量

为什么呢

因为作为光来讲

有这样的一个关系式

它的能量和动量之间

是密切的联系在一起的

如果你学了我讲的狭义相对论中的话

对于光来讲的话

它的动量和能量之间

是这样子一个表达形式

其中这里面的E不是电场

是energy

P是momentum

一个是动量一个是能量

所以能量和动量之间

作为光来讲的话

是有这样一个关系式的

这个关系式导来的话

是由著名的

在狭义相对论中的

质能关系式

E2=P2C2+m2c4

作为光来讲的话

静止质量为零

所以它的动量

和能量之间存在这样的一个关系

因此如果光有能量

那光自然就会有动量

而且能量和动量之间的关系

就是这样子的一个简单的一个关系式

所以如果我说

我这个物质

这个介质的表面

吸收的能量有Δω

这个Δω我称之为吸收的能量

所以叫energy absorbed

这是我吸收的能量

那么就会产生能量消失了

那么momentum 也就会有消失

所以这个是momentum change

那么ΔP就应该和能量之间的关系

能量的变化就会带来momentum的变化

那能量到底有多少的变化

在这个情况下

我Δω是一定的时间里头

经过一定的面积

所被吸收的

乘上这个面积A

那么能量的单位时间

单位面积的这个东西我们用什么表示

我们是用坡因廷矢量S来表示

或者是I 如果平均的话就是I

那么Δω实际上的话可以表达成这样子的形式

A是我的这个表面的面积

Δt是我一定时间

S是单位时间通过单位面积的能流

因此我的Δω就是这样的一个数值

那么因此我就可以知道我动量的变化是多少

所以我动量的变化

就直接把这个东西带进去了

S/C

然后A·Δt

所以这是动量

以及动量的变化

动量的变化会引起什么

在力学中的话

大家还记得impulse theory

冲量的原理

那也就是说

我的力是和我动量的变化

随时的变化联系在一起

因此我一下子就会发现

这样子的情况下

如果我的动量有这样子的一个变化

那就会对这个表面产生这样子的一个压力

把这个东西带进去以后就是S/C ·A

那当然F/A

这个东西的话我们称之为pressure压强

这可以称之为压力 这是压强

那光所产生的压强

和光所携带的能量

或能流密度 或者光强

呈现出这样的一个简单的一个关系式

那么平均来讲 通常来讲的话

我们在测的话不是瞬时的压强

而是平均的压强

也就是说

平均压强的话

我们对时间求平均

这个S的话就变成我们所谓的

前面所谈到的光强

所以就是I/C

因此我们简单的给一个关系式

一定能量的光

照射在一个表面上

这个表面当然是全吸收的

在这种情况下我得到的这个压力

正好是和我的光强

所吸收的光强除上C的部分

如果是全反射

那你可以想象我这边的ΔP

正好是两倍的变化

所以我将会是两倍的I/C

当然这个地方的话我们只给了全吸收的

这样子的一个例子

所以这个就是我们讨论的

光所带有的动量

以及这样子 因为它带有动量

而对表面所产生的光压

刚才的话我们来介绍了

光有能量 而且它带有动量

如果能量被吸收

就意味着动量有变化

就会产生光压

那么光压到底是怎么产生的

用光子的图像其实更简单

如果我的光是由许许多多的粒子

所谓的光子所组成的话

那就像空气分子一样的话

撞击在我的表面上

这样子的话就会产生反冲

会产生吸收

因此就会产生所谓的压力和压强

这从光子图像上是非常的简洁

也非常的清晰的

但是我们在经典力学没有涉及到光子的概念

我们在经典的电磁学中

我们是把光波

看作电磁场来处理的

那么这样的一个电磁场

作用在我一个介质的表面

我怎么能够形象的来说明

它能够产生一定的压力呢

这就是下面我来给大家定性的

来说明这样子一个现象

为什么从电磁场的理论我也可以得到这样的光压

尽管这个推导的话 我用到了相对论

用到了电磁场中能流的定义

然后导出来光压的形式

下面我给大家来定性的说

为什么这个东西会产生压力

最好是有一个东西

有一个定性的 或者是图样化的一个东西

那么我现在有一个电场

电磁场

照过来一个光波

它有电场 它也有磁场

它的电场是这个方向

那当然它的磁场是

这个方向

那么这样子的一个光

照射在这个表面上

这个表面在这个电磁场的作用下

会发生什么样子一个变化呢

换句话说这个表面上的原子分子

我们都是从微观的图像上来去理解

为什么会产生这样的一个压强

那么这里面的电荷来讲

比如说这里面有一个q

电荷q

在这样子的一个电场的驱动下

这个电荷会发生什么样的一个运动

那么这个电荷随着这个电场来讲的话

也会发生这样子的一个运动

电荷发生了运动

就意味着什么

意味着有了一个速度

因此速度的话

我们知道的话

v·B

就会产生所谓的洛伦兹力中的一部分

那么如果我这个v

沿着我电场的方向

换句话说

我这个电荷

在电场的作用下

而产生运动

而运动的速度

如果能够基本上是沿着我电场的方向

什么意思

我电场的方向在这个地方

我的速度的方向也大致是在这个方向上

如果是这样子的情况下

那你看一看v·B

它所产生的一个力

这就是我产生的所谓的压力

这个力会沿着一个什么方向

如果v是沿着我电场的方向

v·B

是什么样子一个东西

v·B 是一个向下的一个力

用右手法则

大家可以来做一个v·B

会是一个向下的

因此在这种情况下

我就会产生一个向下的力

所以这个压强是怎么产生的

是因为我介质中的电荷

随着我的电场的变化而产生运动

而这种运动的话

带电的电荷产生运动和磁场的相互作用

就会产生一个压力

而这个压力的话

因为我这运动

如果是沿着我电场的方向

就会产生一个向下的压力

就会沿着我传播的方向

k的方向给一个向下的压力

因此这里面的话

压力产生是因为运动

但是压力的方向是沿着我光传播的方向

这当然应该是

表面上是显而易见的

否则的话 如果我这个运动的方向

和电场的方向完全相反的话会产生什么情况

那就不是光压了

光照射在表面不会对它产生一个压力了

而对它产生一个吸的一个力

但是因为这个被驱动的这个电荷

它的速度 我们将会发现

会沿着电场的方向

因此这样子的v·B

所产生的一个力

将会是这样子的一个压力

所以在这个地方的话

我是定性的

用驱动着的电荷

以及这样子的一个电荷

和电磁场的作用

来解释为什么经典的电磁波

也会给你一个光压

这样子的一个图像

刚才的话 我是用电荷随着电场的运动

以及这个运动会和磁场发生作用

而产生洛伦兹力

来解释为什么

经典的电磁理论

也会有光压

这样子的一个事实

那么下面一部分

就是一个电荷

在我变化的电场中

它是如何运动的

这就是我们下一节所要讲的部分

光学课程列表:

Chapter 1 General Property of Wave(波的一般性质)

-1.0 History of Optics 光学的历史发展

--1.0 History of Optics

-1.1 Why Classical Wave Theory is Correct 经典理论为何正确

--1.1 Why Classical Wave Theory is Correct

-1.2 Wave and Wave Equation 波和波动方程

--1.2 Wave and Wave Equation

-1.3 Harmonic Wave 简谐波

--1.3 Harmonic Wave

-1.4 Phase Velocity and Phase Difference 相速度与相位差

--1.4 Phase Velocity and Phase Difference

-1.5 Superposition Principle 叠加原理

--1.5.1 Superposition Principle Part I

--1.5.2.Superposition Principle Part II

-1.6 Example of Superposition and Reciprocal Relation 叠加例子与反比关系

--1.6 Example of Superposition and Reciprocal Relation

-1.7 Euler Formula and Phasor 波的复数表达和旋转矢量表示

--1.7 Euler Formula and Phasor

-1.8 Doppler Effect 多普勒效应

--1.8.1 Doppler Effect Part I

--1.8.2 Doppler Effect Part II

-1.9 Doppler Broadening 多普勒展宽

--1.9 Doppler Broadening

-1.10 Plane Wave and Spherical Wave 平面波与球面波

--1.10 Plane Wave and Spherical Wave

-第一章习题

--习题

-第一章讲义

Chapter 2 Electro-Magnetic Wave(电磁波)

-2.1 Maxwell Equations(Maxwell 方程组)

--2.1 Maxwell Equations

-2.2 Wave Equation for E-M Field(电磁场的波动方程)

--2.2 Wave Equation for E-M Field

-2.3.1 Index of Refraction(折射率)

--2.3.1 Index of Refraction

-2.3.2 Understanding n from Dipoles(用偶极模型理解折射率)

--2.3.2 Understanding n from Dipoles

-2.4 E-M Wave is Transverse(电磁波是横波)

--2.4 E-M Wave is Transverse

-2.5 Energy Flow of E-M Wave(电磁波的能流)

--2.5 Energy Flow of E-M Wave

-2.6 Momentum and photo-Pressure(动量和光压)

--2.6 Momentum and photo-Pressure

-2.7.1 Dipole Oscillator 1(偶极振子1)

--2.7.1 Dipole Oscillator 1

-2.7.2 Dipole Oscillator 2(偶极振子2)

--2.7.2 Dipole Oscillator 2

-2.8 Radiation by Dipole Oscillator(偶极振子的辐射)

--2.8 Radiation by Dipole Oscillator

-第二章习题

--习题

-第二章讲义

Chapter 3 Light Propagation through Homogeneous and Isotropic Media

-3.1 Reflection and Refraction (反射与折射)

--3.1 Reflection and Refraction

-3.2 Huygens Principle(惠更斯原理)

--3.2 Huygens Principle

-3.3.1 Fermat Principle part1: Optical Path Length (费马原理第一部分:光程)

--3.3.1 Fermat Principle part1: Optical Path Length

-3.3.2 Fermat Principle part2: an Explanation (费马原理第二部分:一种解释)

--3.3.2 Fermat Principle part2: an Explanation

-3.4.1 Scattering Point of View 1 (散射图像1)

--3.4.1 Scattering Point of View 1

-3.4.2 Scattering Point of View 2 (散射图像2)

--3.4.2 Scattering Point of View 2

-3.5 Reflection and Refraction Rules Derived from Boundary Conditions of Maxwell Equations(利用Maxwell方

--3.5 Reflection and Refraction Rules Derived from Boundary Conditions of Maxwell Equations

-3.6.1 The Basic problem and Setup of Coordinates (基本问题和坐标系的建立)

--3.6.1 The Basic problem and Setup of Coordinates

-3.6.2 The Reflection and Transmission Coefficients (发射与透射系数)

--3.6.2 The Reflection and Transmission Coefficients

-3.6.3 Discussion on Amplitude of the Coefficients (对系数大小的讨论)

--3.6.3 Discussion on Amplitude of the Coefficients

-3.6.4 Discussion on Phase of the Coefficients (对系数位相的讨论)

--3.6.4 Discussion on Phase of the Coefficients

-3.7 Stokes Relation and Half Wavelength Difference (Stokes关系式和半波损)

--3.7 Stokes Relation and Half Wavelength Difference

-第三章习题

--习题

-第三章讲义

Chapter 4 Geometric optics(几何光学)

-4.1 Introduction(几何光学介绍)

--4.1 Introduction

-4.2 Important Jargons(重要的术语)

--4.2 Important Jargons

-4.3.1 Image formation by Spherical Surface and Paraxial Approxiamation(球面成像和傍轴近似)

--4.3.1 Image formation by Spherical Surface and Paraxial Approxiamation

-4.3.2 Image Formation Formula(成像公式)

--4.3.2 Image Formation Formula

-4.3.3 Example and Transverse Magnification(例题和横向放大率)

--4.3.3 Example and Transverse Magnification

-4.4 Thin Lens(薄透镜)

--4.4 Thin Lens

-4.5 Thick Lens(厚透镜)

--4.5 Thick Lens

-4.6.1 Matrix Treatment 1: Matrix for Propagation and Refraction(矩阵处理1:表示传播与折射的矩阵)

--4.6.1 Matrix Treatment 1: Matrix for Propagation and Refraction

-4.6.2 Matrix Treatment 2: Lens Matrix(矩阵处理2:透镜矩阵)

--4.6.2 Matrix Treatment 2: Lens Matrix

-4.6.3 Matrix Treatment 3: Relations between Matrix Elements and Cardinal Points(矩阵处理3:矩阵元与主点的联系)

--4.6.3 Matrix Treatment 3: Relations between Matrix Elements and Cardinal Points

-第四章习题

--习题

-第四章讲义

Chapter 5 Interference and Coherence(Part 1)

-5.0 What is Interference(什么是干涉)

--5.0 What is Interference

-5.1.1 Superposition of Waves: General Case(波叠加的通式)

--5.1.1 Superposition of Waves: General Case

-5.1.2 Adding Wave with Same Frequency and Direction(同频同向波的叠加)

--5.1.2 Adding Wave with Same Frequency and Direction

-5.1.3.1 Standing Wave 1 (驻波(上))

--5.1.3.1 Standing Wave 1

-5.1.3.2 Standing Wave 2 (驻波(下))

--5.1.3.2 Standing Wave 2

-5.1.4.1 Adding Waves with Different Frequencies 1: Beat and Group Velocity(不同频率波的叠加(上):拍和群速度)

--5.1.4.1 Adding Waves with Different Frequencies 1: Beat and Group Velocity

-5.1.4.2 Adding Waves with Different Frequencies 2: Continuous Frequency Spectrum(不同频率波的叠加(中):连续的频谱)

--5.1.4.2 Adding Waves with Different Frequencies 2: Continuous Frequency Spectrum

-5.1.4.3 Adding Waves with Different Frequencies 3: property of Wave Packet and Reciprocal Relation(不

--5.1.4.3 Adding Waves with Different Frequencies 3: property of Wave Packet and Reciprocal Relation

-5.2.1 Interference of Two Point Sources and Coherent Condition(两个点源的干涉和相干条件)

--5.2.1 Interference of Two Point Sources and Coherent Condition

-5.2.2 Young's Double-Slits Experiment(杨氏双缝干涉实验)

--5.2.2 Young's Double-Slits Experiment

-5.2.3 Another Treatment of Young's Interference, Paraxial and Far-field Condition(杨氏干涉的另一种处理,傍轴和远场条

--5.2.3 Another Treatment of Young's Interference, Paraxial and Far-field Condition

-Chapter 5 Interference and Coherence(Part 1)--第五章习

-5.3.0 Interference by Thin Film(薄膜干涉)

--5.3.0 Interference by Thin Film

-5.3.1 Equal Thickness Fringe(等厚干涉条纹)

--5.3.1 Equal Thickness Fringe

-5.3.2 Equal Inclination Fringe(等倾干涉条纹)

--5.3.2 Equal inclination Fringe

-5.3.3 Michelson Interferometer(Michelson干涉仪)

--5.3.3 Michelson Interferometer

-5.4.0 Multibeam Interference(多光束干涉)

--5.4.0 Multibeam Interference

-5.4.1.1 Derivation 1(理论推导(上))

--5.4.1.1 Derivation 1

-5.4.1.2 Derivation 2(理论推导(下))

--5.4.1.2 Derivation 2

-5.4.2.1 Discussion(结论与讨论)

--5.4.2.1 Discussion

-5.4.2.2 Application: F-P Interferometer(应用:F-P 干涉仪)

--5.4.2.2 Application: F-P Interferometer

-5.5.0 Coherence Theory(相干理论)

--5.5.0 Coherence Theory

-5.5.1 Spatial Coherence(空间相干性)

--5.5.1 Spatial Coherence

-5.5.2.1 Temporal Coherence(时间相干性)

--5.5.2.1 Temporal Coherence

-5.5.2.2 Coherent Time and Length(相干时间和相干长度)

--5.5.2.2 Coherent Time and Length

-5.5.3.1 Definition of Correlation Function(关联函数定义)

--5.5.3.1 Definition of Correlation Function

-5.5.3.2 Correlation Function and Coherence(关联函数与相干)

--5.5.3.2 Correlation Function and Coherence

-第五章习题(下)

--习题

-第五章讲义

Chapter 6(1)

-6.1 basic problem in diffraction(衍射的基本问题)

--6.1 basic problem in diffraction

-6.2.1 Huygens-Fresnel Principle and Kirchhoff Euation(惠更斯-菲涅耳原理和基尔霍夫方程)

--6.2.1 Huygens-Fresnel Principle and Kirchhoff Euation

-6.2.2 Fresnel and Fraunhoffer Diffraction(菲涅耳与夫琅和费衍射)

--6.2.2 Fresnel and Fraunhoffer Diffraction

-6.3.1 Fresnel Diffraction 1: Half Wavelength Plate(菲涅耳衍射1:半波带法)

--6.3.1 Fresnel Diffraction 1: Half Wavelength Plate

-6.3.2 Fresnel Diffraction 2: Phasor Method(菲涅耳衍射2:旋转矢量法)

--6.3.2 Fresnel Diffraction 2: Phasor Method

-6.3.3 Fresnel Diffraction 3: Opaque Disk and Babinet Principle(菲涅耳衍射3:圆屏衍射和Babinet原理)

--6.3.3 Fresnel Diffraction 3: Opaque Disk and Babinet Principle

-6.3.4 Fresnel Diffraction 4: Fresnel Zone Plate(an application)(菲涅耳衍射4:菲涅耳波带片(一个应用))

--6.3.4 Fresnel Diffraction 4: Fresnel Zone Plate(an application)

-6.4.0 Fraunhoffer Diffraction: General Expression(夫琅和费衍射1:普遍表达形式)

--6.4.0 6.4.0 Fraunhoffer Diffraction: General Expression

-6.4.1.1 Single Slit Fraunhoffer Diffraction(单缝夫琅和费衍射)

--6.4.1.1 Single Slit Fraunhoffer Diffraction

-6.4.1.2 Characteristic of Single Slit Case(单缝衍射的特点)

--6.4.1.2 Characteristic of Single Slit Case

-6.4.2 Fraunhoffer Diffraction for Rectangular Window(矩形窗口的夫琅和费衍射)

--6.4.2 Fraunhoffer Diffraction for Rectangular Window

-6.4.3.1 Fraunhoffer Diffraction for Circular Aperture(圆孔的夫琅和费衍射)

--6.4.3.1 Fraunhoffer Diffraction for Circular Aperture

-6.4.3.2 Diffraction Limit on Resolution(分辨率的衍射极限)

--6.4.3.2 Diffraction Limit on Resolution

-第六章习题(上)

--习题

Chapter 6(2)

-6.5.1 Fraunhoffer Diffraction for 2-slits Case(双缝夫琅和费衍射)

--6.5.1 Fraunhoffer Diffraction for 2-slits Case

-6.5.2.1 Multi-slits Dffraction 1: Intensity distribution(多缝衍射1:光强分布)

--6.5.2.1 Multi-slits Dffraction 1: Intensity distribution

-6.5.2.2 Multi-slits Diffraction 2: Interference between Slits and Principal maxima(多缝衍射2:缝间干涉和主极大)

--6.5.2.2 Multi-slits Diffraction 2: Interference between Slits and Principal maxima

-6.5.2.3 Multi-slits Diffraction 3: Missing Order and Examples(多缝衍射3:缺级与例题)

--6.5.2.3 Multi-slits Diffraction 3: Missing Order and Examples

-6.5.3.1 Grating Spectrometer(光栅光谱仪)

--6.5.3.1 Grating Spectrometer

-6.5.3.2 Dispersion Relation of Grating Spectrometer(光栅光谱仪的色散关系)

--6.5.3.2 Dispersion Relation of Grating Spectrometer

-6.5.3.3 Dispersion Power and Resolution(色散能力和分辨率)

--6.5.3.3 Dispersion Power and Resolution

-6.5.3.4 Free Spectral Range(自由光谱程)

--6.5.3.4 Free Spectral Range

-第六章习题(下)

--习题

-第六章讲义

Chapter 7

-7.0 introducing Fourier expansion and transform(介绍傅里叶展开与变换)

--7.0

-7.1.1 Fourier transform for periodic functions(周期函数的傅里叶展开)

--7.1.1

-7.1.2 examples on Fourier expansion(傅里叶展开的例子)

--7.1.2

-7.2.1 Fourier transform for general functions(一般函数的傅里叶变换)

--7.2.1

-7.2.2 Fourier transforms of some typical functions and relation on width distribution(一些典型函数的傅里叶变换和分

--7.2.2

-7.3.1 Dirac delta function(狄拉克delta函数)

--Video7.3.1

-7.3.2 Fourier transform of the delta function(delta函数的傅里叶变换)

--7.3.2

-7.4.1 properties of Fourier transform(傅里叶变换的性质)

--7.4.1

-7.4.2 Fourier transform of derivatives(函数导数的傅里叶变换)

--7.4.2

-7.4.3 what is convolution between functions(函数的卷积是什么)

--7.4.3

-7.4.4 Fourier transform of convolution(卷积的傅里叶变换)

--7.4.4

-7.5 relation between fourier transform and Fraunhoffer equation(傅里叶变换与夫琅禾费衍射之间的关系)

--7.5

-7.6 Abbe image formation(阿贝成像原理)

--7.6

-Chapter 7--第七章习题

-第七章讲义

Chapter 8(上)

-8.1 what is polarization(什么是偏振)

--8.1

-8.2.1 how to express polarization state(如何表达偏振态)

--8.2.1

-8.2.2 unpolarized and partial polarized light(非偏振态和部分偏振态)

--8.2.2

-8.3 linear polarizer(线偏振片)

--8.3

-8.4.1.1 Jones vector(Jones 矢量)

--8.4.1.1

-8.4.1.2 Transformation of Jones Vector(Jones 矢量的变换)

--8.4.1.2

-8.4.2 Jones matrix(Jones 矩阵)

--8.4.2

-第八章(上)习题

--习题

Chapter 8(下)

-8.5.1 Birefringence and a simple illustration

--8.5.1 Birefringence and a simple illustration

-8.5.2 Ordinary and Extraordinary light

--8.5.2

-8.5.3 Typical Examples

--8.5.3

-8.6.1 application 1-linear polarizer

--8.6.1

-8.6.2.1 application 2-quarter wave plate

--8.6.2.1

-8.6.2.2 application 2-change polarization state by quarter wave-plate

--8.6.2.2

-8.6.2.3 application2-change direction of polarization by half-plate

--8.6.2.3

-8.7.1

--8.7.1

-8.7.2

--8.7.2

-8.7.3

--8.7.3

-8.7.4

--8.7.4

-8.8.1

--8.8.1

-8.8.2

--8.8.2

-8.8.3

--8.8.3

-第八章(下)习题

--习题

-第八章讲义

期末测试

-期末测试

--期末测试

2.6 Momentum and photo-Pressure笔记与讨论

也许你还感兴趣的课程:

© 柠檬大学-慕课导航 课程版权归原始院校所有,
本网站仅通过互联网进行慕课课程索引,不提供在线课程学习和视频,请同学们点击报名到课程提供网站进行学习。