紫外光的波長范圍圖解 紫外光的波長范圍是200-400nm？很多人不了解，今天各百科為大家?guī)硐嚓P(guān)內(nèi)容，下面為大家?guī)斫榻B。

本文將精確計(jì)算單個(gè)光量子(光子)的質(zhì)量。

今天，任何科學(xué)成就的取得，都是因?yàn)檎驹诰奕说募绨蛏稀?/p>

牛頓、法拉第、普朗克都是科學(xué)界的巨擘。

向他們致敬。

先介紹一些關(guān)于光的基礎(chǔ)知識(shí)。

萬物靠太陽生長。太陽是一個(gè)巨大的火球，無時(shí)無刻不散發(fā)著光芒。從太陽獲得光等于獲得能量和光。有了能量，萬物生長；地球上的水也形成了循環(huán)，瀑布飛流直下，江河長流。有了光，地球上的生物才能快樂地看到這個(gè)美麗的世界。電燈和蠟燭也能發(fā)出明亮的光。

那么光是一種什么物質(zhì)呢？

經(jīng)過人類的不斷探索，終于發(fā)現(xiàn)了很多關(guān)于光的知識(shí)。

光是一種非常非常小的粒子，具有揮發(fā)性。所以光具有波粒二象性。光既是粒子又是波。光的粒子性可以通過折射和反射表現(xiàn)出來。通過衍射和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)可以證明光是一種波。

1901年，德國物理學(xué)家普朗克發(fā)現(xiàn)了熱平衡條件下絕對(duì)黑體輻射譜的能量分布規(guī)律，與實(shí)驗(yàn)相符。這個(gè)定律是基于這樣一個(gè)假設(shè)：物質(zhì)發(fā)出和吸收的光具有不連續(xù)的特性，光是由有限的部分光量子發(fā)出或吸收的。這個(gè)光量子的能量E與光的振動(dòng)頻率F成正比，可以用下面的等式表示為：

e=HF

(H=h=6.6260701510^-34JS，h等于6.62607015乘以10的負(fù)34次方焦耳秒)

現(xiàn)在，普朗克的假設(shè)已經(jīng)被無數(shù)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。

光是由一個(gè)光量子組成的，簡稱光子。

關(guān)于光速，經(jīng)過歷代科學(xué)家的努力，測得真空中的光速為299792458米/秒。

在三棱鏡的折射下，陽光會(huì)分散成七種顏色：紅、橙、黃、綠、青、紫。七種顏色的光的波長是不同的。太陽也發(fā)出紅外線和紫外線。紅外線的波長大于760nm(納米)，紫外線的波長小于400nm。

在下面列出可見光的波長。

紅光的波長為622納米――760納米。

橙色光的波長為597納米――622納米。

黃光的波長為577納米――597納米。

綠光的波長為492納米――577納米。

青色光的波長為450納米――492納米。

藍(lán)光的波長為435納米――450納米。

紫光的波長是400納米――435納米。

1895年，德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線。x射線是一種電磁波，波長在0.001納米到10納米之間。醫(yī)學(xué)上使用的X射線波長大約在0.001nm到0.1nm，穿透力很強(qiáng)，其光子能量比可見光大幾萬到幾十萬倍。

比X射線波長更短的是伽馬射線，出現(xiàn)在宇宙尺度的恒星級(jí)天體爆炸過程中。伽馬射線是波長在0.0001納米到0.001納米之間的電磁波。

比紅外線波長更長的是無線電波，無線電波的波長在0.1mm(毫米)到3000m(米)之間。波長在0.1毫米到1米之間的電磁波也叫微波。

我認(rèn)為太陽光、X射線、伽馬射線、無線電波、可見光都是同一種光，這些射線中的光子在質(zhì)量、形狀、體積、速度上都是完全一樣的。這些射線之間的差異是：它們的波長和頻率是不同的。

然后討論了光能與波長、頻率和速度的關(guān)系。

紫外線是陽光中波長為400納米至10納米的射線。

以下是我從百度百科“紫外線”一項(xiàng)中查到的不同波長的紫外線(真空中)的能量。

長波紫外線

波長： ~ 315納米

能量： 3.10電子伏~3.94電子伏

近紫外線

波長： 400納米~ 300納米

能量： 3.10電子伏~4.13電子伏

紫外線B

波長： 315納米~ 280納米

能量為： 3.94 eV~4.43 eV

中紫外線

波長： 300納米~ 200納米

能量： 4.13電子伏~6.20電子伏

短波紫外線

波長： 280納米~ 100納米

能量為： 4.43 eV~12.4 eV

極限多功能車

波長: 200 nm～122 nm

能量: 6.20 eV～10.2 eV

真空紫外線

波長: 200 nm～100 nm

能量: 6.20 eV～12.4 eV

淺紫外線

波長: 100 nm～88 nm

能量: 12.4 eV～14.1 eV

超紫外線

波長: 150 nm～10 nm

能量: 8.28 eV～124 eV

極紫外線

波長: 121 nm～10 nm

能量: 10.3 eV～124 eV

eV是電子伏特，是能量單位，是一個(gè)電子經(jīng)過一伏特的電位差加速后獲得的動(dòng)能。

1eV=1.6021766208 J （焦耳）

光的波長越短，能量越大；波長越長，能量越小。

從上表中可以得知:

波長是10nm的紫外線（紫外線a）的光子的能量是124eV，即198.6699×10^-19J （198.6699乘以10的負(fù)19次方焦耳）。

波長是100nm的紫外線（紫外線b）的光子的能量是12.4eV，即19.86699×10^-19J （19.86699乘以10的負(fù)19次方焦耳）。

波長是150nm的紫外線（紫外線c）的光子的能量是8.28eV，即13.266×10^-19J （13.266乘以10的負(fù)19次方焦耳）。

波長是280nm的紫外線（紫外線d）的光子的能量是4.43eV，即7.0976×10^-19J （7.0976乘以10的負(fù)19次方焦耳）。

光的速度是一定的，每秒鐘299792458米。速度除以波長等于頻率。

E= hf ， 能量等于普朗克常數(shù)乘以頻率。能量與頻率成正比。

從上文的數(shù)據(jù)中可知，紫外線a的波長是紫外線b波長的十分之一，所以紫外線a的頻率是紫外線b的頻率的十倍，（相等的時(shí)間內(nèi)）紫外線a的能量也是紫外線b能量的十倍。

紫外線a的波長是紫外線c波長的十五分之一，所以紫外線a的頻率是紫外線c的頻率的十五倍。（198.6699÷13.266=14.97587≈15）

紫外線a的能量是紫外線c能量的15倍。

紫外線d的波長是紫外線c波長的1.86666倍，所以紫外線c的頻率是紫外線d的1.86666倍。

13.266÷7.0976=1.869≈1.86666

所以紫外線c的能量是紫外線d能量的1.86666倍。

接下來，重點(diǎn)來了。開始計(jì)算單獨(dú)的一個(gè)光子的質(zhì)量。

普朗克能量公式E= hf （h是普朗克常數(shù)，f是頻率）

愛因斯坦也發(fā)明了一個(gè)能量公式E=m×c^2（能量等于質(zhì)量乘以光速的平方）。我不知道愛因斯坦是如何證明這個(gè)公式的正確性的，我只知道動(dòng)能定理是E=1/2 mv^2 （能量等于二分之一乘以質(zhì)量乘以速度的平方），我知道這個(gè)關(guān)于能量、質(zhì)量、速度關(guān)系的公式是全世界公認(rèn)正確的，所以反證愛因斯坦的公式是錯(cuò)誤的。

根據(jù)能量公式E= hf （h是普朗克常數(shù)，f是頻率），動(dòng)能定理E=1/2 mv^2 （能量等于二分之一乘以質(zhì)量乘以速度的平方，m表示光子的質(zhì)量），知道了光的能量、頻率、速度，就可以求出光的質(zhì)量。

下面來計(jì)算一下。

波長是10nm的紫外線（紫外線a）的光子的能量是124eV，即198.6699×10^-19J 。

光的速度是299792458米/秒。

198.6699×10^-19J=1/2 ×m×

（299792458m/s）^2

（198.6699×10^-19焦耳等于二分之一乘以m，乘以299792458米/秒的平方 ）

波長是100nm的紫外線（紫外線b）的光子的能量是12.4eV，即19.86699×10^-19J （19.86699乘以10的負(fù)19次方焦耳）。

光的速度是299792458米/秒

19.86699×10^-19J=1/2 ×m×

（299792458m/s）^2

（19.86699×10^-19焦耳等于二分之一乘以m，乘以299792458米/秒的平方 ）

矛盾出現(xiàn)了。以上兩個(gè)式子都是二分之一乘以光子的質(zhì)量再乘以299792458米/秒的平方，得到的能量結(jié)果是不同的，這樣計(jì)算出來的光子的質(zhì)量也是不同的。

為什么當(dāng)我們用動(dòng)能定理計(jì)算光子質(zhì)量的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)矛盾呢？

因?yàn)殡m然光子的速度都是相同的，每秒鐘299792458米，但是波長不同的光線一秒鐘在29972458米的距離內(nèi)傳播的光子數(shù)目是不同的，光線一秒鐘在299792458米距離內(nèi)傳播的光子數(shù)目與光的頻率在數(shù)量上相等。

如波長是550納米的綠色光的頻率是5.4507719×10^14Hz （5.4507719乘以10的14次方赫茲）。則波長550納米的綠色光一秒鐘在299792458米距離內(nèi)傳播的光子數(shù)目是5.4507719×10^14（5.4507719乘以10的14次方）個(gè)。

波長是10納米的紫外線a的頻率是2.99792458乘以10的16次方赫茲，它一秒鐘在299792458米的距離內(nèi)傳播的光子數(shù)目就是2.99792458乘以10的16次方個(gè)。

波長是280納米的紫外線d的頻率是1.07068735乘以10的15次方，那么它一秒鐘在299792458米距離內(nèi)傳播的光子數(shù)目就是1.07068735乘以10的15次方個(gè)。

所以在用動(dòng)能定理計(jì)算光的能量的時(shí)候，二分之一乘以m，乘以299792458米/秒的平方，得到的是一個(gè)光子的動(dòng)能，這時(shí)候再乘以光子的數(shù)目就得到了光子的總動(dòng)能。

所以新的公式出來了：

光線在一秒鐘內(nèi)的的總動(dòng)能等于光線的頻率乘以一秒，再乘以單個(gè)光量子的能量。

單個(gè)光量子的能量可以用動(dòng)能定理求出來，即等于單個(gè)光子的質(zhì)量與光的速度的平方的乘積的一半。

公式：

E=fT1/2 mv^2 （T=1秒）（E表示能量，f表示頻率，時(shí)間T=1秒，m表示單個(gè)光子的質(zhì)量，v表示光的速度）

求光子的質(zhì)量：

由 E=fT1/2 mv^2 （T=1秒）

得 E/f=T1/2 mv^2 （T=1秒）①

普朗克公式 E=hf，所以E/f=h ②（能量除以頻率等于普朗克常數(shù)）

由① 、② 得

h=T1/2 mv^2 （T=1秒）

（h=6.62607015×10^－34JS ，v在這里等于光速299792458米/秒）

將數(shù)據(jù)代入公式，

6.62607015×10^-34焦耳秒 = 1秒 × 1/2 × m × （299792458米/秒）^2

6.62607015×10^-34焦耳= 1/2 × m × （299792458米/秒）^2

m表示單個(gè)光子質(zhì)量，所以單個(gè)光子在1秒內(nèi)產(chǎn)生的動(dòng)能6.62607015×10^-34焦耳。

6.62607015×10^-34焦耳 = 1/2 × m

× 8.9875517873681764 × 10^16 米^2/秒^2

13.2521403 × 10^-34焦耳 = m × 8.9875517873681764 × 10^16 米^2/秒^2

m=1.47449946 × 10^-50 千克

（ m等于1.47449946 乘以10的負(fù)50次方千克）

到此，終于計(jì)算出了單個(gè)光子的質(zhì)量是 1.47449946 乘以10的負(fù)50次方千克 。

總結(jié)：

1.真空中的波長已知的一道光線在一秒的時(shí)間內(nèi)傳播的距離是299792458米，在299792458的距離內(nèi)傳播的光子數(shù)目與光的頻率在數(shù)量上相等。

每一個(gè)光量子的質(zhì)量都是相等的，單個(gè)光量子的質(zhì)量m=1.47449946 × 10^-50kg

（1.47449946 乘以10的負(fù)50次方千克） 。

2.單個(gè)光子在1秒內(nèi)產(chǎn)生的動(dòng)能是6.62607015×10^-34焦耳。

光線在一秒鐘內(nèi)的的總動(dòng)能等于光線的頻率乘以一秒，再乘以單個(gè)光子的動(dòng)能。

公式：

E=fT1/2 mv^2

（T=1秒，E表示能量，f表示頻率，時(shí)間T=1秒，m表示單個(gè)光子的質(zhì)量，v表示光的速度）