物理学术竞赛题目十六.pdf

哈尔滨理工大学物理学术竞赛题目十六作者一．参考翻译当衣服受潮时会看起来更暗或者改变颜色研究这一现象二．现象原理人们的眼睛能看到物体是因为有光源发出光照射在物体后反射光进入眼睛 反射光的强度能反映物体的明暗情况，当反射光的强度高我们观测到物体就清晰明亮，而当反射光强度低我们观测到物体就昏暗模糊 例如在晚上的时候我们会看不清事物，就是没有足够的反射光进入我们的眼睛里同理，所以当衣服受潮后反射光比照在干衣服的反射光的强度低，而减少的那部分光的强度是被衣服所吸收 衣服受潮后衣服纤维之间会进入大量水份使衣服纤维之间产生水膜使光照射在衣服上发生光的反射和折射，而减少的那部分光是光发生了折射被衣服吸收降低了反射光的强度所以衣服受潮后会变暗三．理论分析可见光是能激起人视觉的电磁波，是变化电磁场在空间的传播，而能引起眼睛视觉效应的是光波中的电场，用电场强度 E代表光的振动 人眼所检测到的光的强弱是由平均能流密度决定，平均能流密度正比于电场强度振幅E的平方，所以I E 衣服受潮变暗主要是光折射后光强度的变化所以我们应该知道反射光、折射光和入射光之间的光的能量关系设I1I2I3分别表示入射、反射、折射光强， w1 w2 w3分别表示入射、反射、折射光的能流，，入射光束在界面上所照射的面积为σ， 我们已知光强表示单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的光能量值。

由 I=nE2, 则通过面积 的入射、反射、折射光强之间有这样的关系w1=I1σcosi1= 2n10u21Ecosi1 ,sin2w2=I2σcosi1= 2n10u22Ecosi1 ,w3=I3σcosi2= 2n20u23Ecosi2 ,我们定义反射、 折射光的能流与入射光能流的比值称为反射率和透射率，分别记为R和 T 则这入射光场的p 分量、 s 分量的能流反射率和透射率分别为RS= s1s2ww= S1S2EE2=r2s=sin2(i 1-i2)/sin2(i 1+i2), RP= p1p2ww= P1P2EE2=r2P=tan2(i 1-i2)/tan2(i 1+i2), TS= p1p2ww= P1P2EE2=1122icosnicosn2St, TP= p1p3ww= P1P3EE2=1122icosnicosn2 pt, 若入射光为自然光，它可以分解为振面相互垂直的两线偏振光，其 s 分量和 p 分量的振幅相等， 从而其能流相等且为入射能流的一 半 ， 即w1S=w1P= 21w1, 则 自 然 光 的 能 流 反 射 率 为R=12ww=p1S1p2S2wwww=S1S2w2w+P1P2w2w= 21(RS+RP) = 21[sin2(i 1-i2)/sin2(i 1+i2)+tan2(i 1-i2)/tan2(i 1+i2)]根据能量守恒定律，透射率为T=1-R 以上式子表明反射率及透射率随界面两侧介质的折射率n1、n2及入射角 i1而变化。

对自然光入射而言 当光波正入射或入射角很小时，无论外反射或内反射均有RS=RP=R=) nnnn2121（2 T=1-R=)nn(nn42121 2 而当人眼看湿衣服，入射角度很小空气的折射率为 1，水的折射率是1.33 所以 R=2.1% ，所以 T=97.9%光入射角很小， 光的大部分都被折射吸收所以人看到潮湿的衣服变暗。