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折射率的微观来源是什么?《张朝阳的物理课》介绍电偶极子辐射场

经过透明介质面的时候光为什么会发生折射?折射率的微观起源是什么?折射率与什么因素有关?11月6日12时,适逢物理课开播一周年,《张朝阳的物理课》线下第十课开播。搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,先通过推迟势积分计算单个振动偶极子的辐射场,然后利用所得结果推导无穷大偶极子面在入射电磁波影响下的辐射电场,并通过相位分析得到了光在介质中的相速度,从而求出这个模型下的介质折射率。

首先,张朝阳复习了电磁势的概念,以及光发生折射的原因是光在介质中的速度与真空速度不一样。介绍完物理背景后,张朝阳通过电磁势积分,在远场、低速的条件下得到了偶极子的电磁势表达式,然后对矢量势求旋度并保留正比于1/r的项,从而得到了磁感应强度的辐射部分。借助电磁波的性质,张朝阳直接通过磁感应强度的结果求出了电场的辐射部分。

紧接着,张朝阳假设电磁波垂直入射介质表面,介质构成一个薄薄的无穷大平面,介质中的电子不会互相影响,它们在电磁波的影响下沿着固定方向振动。在此模型下,张朝阳借助前面求出的电场公式,通过对整个介质平面进行积分,并借助复数的几何意义,数形结合地近似求出了积分结果。最后,张朝阳将入射电磁波的电场与介质辐射电场叠加在一起,并通过分析总电场的相位,成功得知介质使得电磁波相位发生了变化,并计算出介质中的相速度,由此得到了折射率公式。

截至目前,《张朝阳的物理课》已直播九十余期,内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯,并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理,推导出飞船运行轨迹,估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度,随后讲解了陀螺的进动,还计算出月球的潮汐高度。紧接着开始介绍狭义相对论的四维语言,并逐步过渡到了电磁学。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:从自然界的现象出发,引出基本物理概念,推导基本理论,研算现象后面的根本原因,达到本质的理解。

据了解,《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播,网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”,观看直播及往期完整视频回放;关注“张朝阳的物理课”账号,查看课程中的“知识点”短视频;此外,还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上,阅览每期物理课程的详细文章。

除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,搜狐视频正持续打造知识直播平台,邀请各个科学领域的头部播主入驻,进行科普知识直播。同济大学物理学教授、2022年首届上海科技传播大会科普红人代表吴姥姥带来“科学漫谈,一起来唠‘科’”系列科学公开课;曾任剑桥大学霍金高级学者、中科院理论物理博士王一开启物理师生云课堂,探讨《看不见也测不到的神秘“暗物质”》;中科院心理所医学心理学博士、中国心理学会科普委员会委员罗静,中国科学科技大学副教授、中国科学技术大学结构生物学博士李旭等带来“讲给未来的答案”系列直播,去“未来”一探究竟。未来还将有更多知识播主入驻搜狐视频,一起互动玩转科学。

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