高三物理电磁波谱.ppt

第五节 电磁波谱 第十四章 电磁波 一、麦克斯韦简介 三、电磁波谱 红外线 紫外线 伦琴射线 二、各种电磁波 光的干涉现象光的衍射现象 光是一种波 19世纪中叶，光的波动说已经得到了公认 ，但是光波的本质到底是什么，是像水波？ 还是像声波呢？ 19世纪60年代，麦克斯韦预言了电磁波的 存在，并从理论上得出电磁波在真空中的传播 速度应为： 光是一种电磁波 光速 1、麦克斯韦根据电磁理论，发现电磁波的波 速与光速相同，提出了光是一种电磁波的假说 赫兹通过实验证实了光的电磁本质. 光的电磁说把光学和电学统一起来了 关于光的电磁说的几点强调 2、光的颜色是由电磁波的频率决定的 不同频率的色光在真空中波速相同，在介质 中波速不同 同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变 ，波长和波速都要改变 在同一介质中，频率越高，波速越小 关于光的电磁说的几点强调 3、电磁波与机械波的比较: 共同点： 都能产生干涉和衍射现象； 它们波动的频率都取决于波源的频率； 在不同介质中传播，频率都不变 关于光的电磁说的几点强调 3、电磁波与机械波的比较: 不同点： 机械波的传播一定需要介质，其波速与介质的 性质有关，与波的频率无关 而电磁波本身就是一种物质，它可以在真空中 传播，也可以在介质中传播 电磁波在真空中传播的速度均为3.0108ms ，在介质中传播时，波速和波长不仅与介质性质 有关，还与频率有关 返回 关于光的电磁说的几点强调 （18311879），英国 物理学家,经典电磁理论的奠基人 1831年6月13日出生于爱丁堡1847年入爱 丁堡大学听课，专攻数学他很重视实验，涉猎 电化学、光学、分子物理学以及机械工程等等 他说：“把数学分析和实验研究联合使用得到的 物理科学知识，比之一个单纯的实验人员或单纯 的数学家所具有的知识更加坚实、有益而牢固 ” 麦克斯韦 1850年考入剑桥大学，1854年以优 异成绩毕业并获得了学位，留校工 作1856年起任苏格兰阿伯丁的马 里沙耳学院的自然哲学讲座教授，直到 1874年经法拉第举荐，自1860年起任伦敦皇家 学院的物理学和天文学教授1871年起负责筹划 卡文迪什实验室，随后被任命在剑桥大学创办卡 文迪什实验室并担任第一任负责人1879年11月 5日麦克斯韦因患癌症在剑桥逝世，终年仅48岁 麦克斯韦一生从事过多方面的物理学研究工作 ，最杰出的贡献是在经典电磁理论方面在剑桥 读书期间，麦克斯韦在读法拉第的电学实验研 究时，被书中的新颖见解所吸引，他敏锐地领 会到了法拉第的“力线”和“场”的概念的重要性 他注意到全书竟然无一数学公式，说明法拉第的 学说还缺乏严密的理论形式在老师威廉汤姆 孙的启发和帮助下，决心用自己的数学才能来弥 补法拉第工作的这一缺陷 麦克斯韦 18551856 论法拉第力线 这是麦克斯韦用数学工具表达法拉第学说的开端 18611862 论物理力线 在这一文中的思想已经超过法拉第，不仅对各 种电磁现象的联系，提供了统一的解释，而且挖 掘出更深入的内在本质，这是麦克斯韦为电磁场 理论建立迈出的关键性一步。 1865 电磁场的动力学理论 在实验事实及动力学的基础上构筑了一座全新 的电磁学理论大厦。 18651873 电磁理论 被认为可以和牛顿的自然哲学的数学原理 交相辉映麦克斯韦的电磁理论成为经典物理 学的重要支柱之一 （18311879） 麦克斯韦的电磁场理论从超距作用过渡到 以场为基本变量，是科学认识的一个革命性变 革，根据研究，麦克斯韦大胆断言：光本身就 是电磁波 18861888年间赫兹做了一系列实验证实 了电磁波的存在，并且测出了实验中的电磁波 频率和波长，从而计算出电磁波的传播速度， 发现电磁波的速度确实与光速相同，证明了光 的电磁说的正确性这样麦克斯韦的电磁场理 论就把电、磁、光学规律统一起来，完成了人 类认识史上的一次“大综合” 返回 红外线 在电磁波中，能够作用于人的眼睛并引起视 觉的，只是一个很窄的波段，通常叫做可见光 。 其中波长最短的是紫光，波长约为400nm波 长最长的是红光，波长约为770nm. 波长更长的光不能引起视觉，叫做红外线， 红外线的波长范围很宽. 约为 770nm106 nm 红外线 一切物体,都在辐射红外线. 物体温度越高,辐射的红外线越强. 物体温度越高,辐射的红外线波长越短. 热辐射-即红外线辐射,热传递方式之一 利用灵敏的红外线探 测器接收物体发出的 红外线，用电子仪器 对收到的信号进行处 理，就可以知道被测 物体的信息 红外线主要作 用是热作用，可以 利用红外线来加热 物体和进行红外线 遥感 红外线技 术的应用 注意: 烤箱中的红光,不是 红外线,红外线是看不见 的. 红外线感应防盗报警器 它是将红外线遥感探测技术和无线数码遥控 技术结合的高科技新型产品，利用人体所产生的 微弱红外线而触发。当有人试图进入它的探测范 围时，它就会发出警报声，直到人离开才停止。 红外线反射型检测传感器 它是一种一体化的红外线发射、接收器件，内 部包含红外线发射、接收及信号放大与处理电 路，能够以非接触的形式检测出前方一定范围 内的人体或物体。工作稳定可靠，性能优良， 可广泛应用于各种自动检测、报警和控制等装 置中。如：光电计数器，接近式照明开关，自 动干手器，自控水龙头， 感应门铃，倒车告警电路 红外线水分计 利用红外线照射加温功能,使 被测试样本内的水分蒸发散失,自 动换算其含水率,适用于各形式的 产品水分测定, 依其功能特性可 分为上皿天平式、电子天平式、 陶瓷热管式及最新研发产品- 微量水分计 红外温度变送器 它是一个非接触测量系统，根据红外辐射 的测量原理，由一个滤镜和红外探测器(热电偶 堆)组成。使用时对准目标物体，能测量物体的 温度 返回 紫外线 紫外线也是不可见光，他的波长比紫光还短， 大约为5nm40nm紫外线有荧光作用，有些物 质受到紫外线照射时可以发出可见光 紫外线可以促使人体合成维生素D，有助于人 体对钙的吸收，所以儿童经常晒太阳能够预防缺 钙引起的佝偻病，但是过多的紫外线会使皮肤粗 糙，甚至诱发皮肤癌 紫外线能够杀灭多种细菌，可以用紫外线进行 消毒 注意：红外线与紫外线人眼都是看不到的 画面上可以清晰的看到钱币 上的防伪标记 返回 紫外线 注意: 消毒灯、验钞机灯看起 来是淡蓝色的。这不是紫外 线。 紫外线看不见。 消毒灯、验钞机灯除发 出紫外线外，还发出少量紫 光和蓝光 伦琴射线 波长比紫外线更短的光叫做伦琴射线，也叫 X射线.是德国物理学家伦琴在1895年发现的 他的穿透能力很强，能使包在黑纸里的照像底 片感光，下图是产生X射线的装置，叫做X射线 管： 1、K是阴极 2、A是阳极 （也叫对阴极） 此外还有比伦琴射线波长 更短的电磁波，那就是射线， 我们将在以后学习 返回 电磁波谱 波长短 波长长 频率高 频率低 按频率由小到大（波长由大到小）排列形 成的电磁波谱是：无线电波、红外线、可见光 、紫外线、伦琴射线、射线 这些频率不同的电磁波本质是相同的它 们的行为服从共同的规律， 但是他们产生的机理不同，因而具有不同 的特性在观察方法和应用上也有所不同 关于电磁波谱的几点强调 1不同电磁波产生的机理 无线电波是振荡电路中自由电子作周期性 的运动产生的 红外线、可见光、紫外线是原子外层电子 受激发产生的 伦琴射线是原子内层电子受激发产生的 射线是原子核受激发产生的 关于电磁波谱的几点强调 2、频率(波长)不同的电磁波表现出作用不同 红外线主要作用是热作用，可以利用红外线 来加热物体和进行红外线遥感； 紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和 消毒； 伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本 领与物质的密度有关，进行对人体的透视和检 查部件的缺陷； 射线的穿透本领更大，在工业和医学等领 域有广泛的应用，如探伤，测厚或用刀进行 手术 关于电磁波谱的几点强调 返回 利用红外线检测人体的健康状态，本图 片是人体的背部热图，透过图片可以根据 不同颜色判断病变区域 返回 红外线检视器是利用红外线能穿透颜料 的特性，揭示顏