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光的电磁理论 电磁波谱 11 7光的电磁理论电磁波谱 一 光的电磁理论 光的干涉 衍射和偏振现象都证明光是一种波 到19世纪中期 光的波动说已经得到公认 但光的本质问题仍然没有解决 19世纪60年代 英国物理学家麦克斯韦提出了电磁场理论 预言了电磁波的存在 并从理论上演绎出电磁波的传播速度跟光速相同 在此基础上 麦克斯韦提出 光是一种电磁波 这就是光的电磁理论 麦克斯韦 1888年 德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在 并且证明了电磁波也跟光波一样具有反射 折射 干涉 衍射等现象 他还测出了一定频率的电磁波的波长 计算出了电磁波的波速 其结果跟麦克斯韦关于电磁波的波速等于光速的预言一致 从而给麦克斯韦的光的电磁场理论以有力的实验证明 赫兹 光的色散表明 白光是一种复色光 它是由各单色光组合而成的 不能发生色散的光叫做单色光 能引起视觉的光叫做可见光 1 可见光 白光通过棱镜的色散 由复色光分解成单色光的现象称为光的色散 经测定 在可见光区域 紫光的传播速度最小 折射率最大 偏折最大 红光的传播速度最大 折射率最小 偏折最小 白光经过三棱镜折射后会形成红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫七色光带称为可见光谱 可见光谱 光的波动理论指出 光的颜色是由它的频率决定的 2 红外线 红外线位于光谱中红光以外的区域 波长比红光长 红外线具有显著的热效应 可以用来加热物体 烘干油漆和谷物以及用于医疗等 红外线的波长较长 容易透过云雾烟尘 所以可利用对红外线敏感的底片进行远距离摄影和高空摄影 一切物体 包括大地 人体 飞机和车船都在辐射红外线 利用灵敏的红外线探测器接收物体所发出的红外线 再经过处理 就可以判断被探测物体的特征 这种技术称为红外线遥感 它被广泛应用在勘测 寻找水源 监测森林火情以及农业 气象 军事 侦破等领域中 红外线应用实例 人体热成像图 卫星云图 红外摄影图 红外制导导弹红外制导大多数是采用被动寻的制导系统 红外制导的导弹在发射后利用目标本身的红外辐射进行自动瞄准和跟踪 直至最后命中目标 目标的红外辐射主要来自其动力部分 如飞机与火箭的喷管 坦克的发动机 舰船的锅炉及烟囱等 导弹的红外制导原理如图所示 红外线夜间观察装置广泛用于夜间军事活动中观察目标和监视一定的重要区域等 使用600W的红外探照灯时 红外夜视仪可以探测400m远处的人 600m远处的吉普车 750m远处的坦克 在港口用作监视船舶的夜视仪可以探测到1600 13000m的目标 而作机场信标探测用的红外夜视仪探测距离可以远达16000m 红外瞄准装置 供步枪 机枪 火炮等夜间瞄准用 作用距离一般是300 500m 红外驾驶仪 主要用于坦克 汽车驾驶员夜间行车 作用距离是50 200m 3 紫外线 紫外线是德国物理学家里特1801年发现的 紫外线位于光谱中紫光以外的区域 波长比紫光短 一切高温物体 例如太阳 弧光灯等所发出的光都含有紫外线 利用气体放电也可以激发紫外线 紫外线具有化学作用 能使感光纸感光 用紫外线照相可以辨认出细微差别 例如分辨指纹等 紫外线能激发许多物质发出荧光 例如日光灯和农业上诱杀害虫用的黑光灯 都是利用紫外线来激发荧光使其发光的 紫外线还具有杀菌作用 还能促进生理作用和治疗保健事业中 但过强的紫外线能伤害人的眼睛和皮肤 在进行电焊时要穿工作服 带防护面具 以防止电焊弧光中强烈的紫外线的照射 紫外线应用实例 4 伦琴射线 德国物理学家伦琴在1895年发现了波长比紫外线还短的一种电磁波 称为X射线 X射线具有很强的穿透本领 能使包在黑纸里的照相底片感光 在工业上 常利用它检查金属部件 在医学上 利用它的透视人体 拍摄照片 以检查病变 骨折等情况 人体骨骼的X光照片 伦琴 二 电磁波谱 可见光 红外线 紫外线 X射线 射线都是电磁波 它们与无线电波在本质上是相同的 只是由于频率的变化 引起了质变 使它们具有了不同的特性 电磁波的频率范围约从104Hz到1025Hz 它们在真空中的波长是3 104 3 10 17m左右 电磁波按其性质的不同一般可分为六个主要区域 分别是 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 射线 电磁波