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第四节光的电磁说 光的电磁说 光的电磁说 麦克斯韦 电磁波谱 红外线 紫外线 伦琴射线 光的干涉现象 光的衍射现象 光是一种波 光的电磁说 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 返回目录 一 光的电磁说 1 内容 1865年 英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在 提出光在本质上是一种电磁波 光和所有电磁波一样 在真空中的传播速度都为3 00 108m s 这就是光的电磁说 麦克斯韦 JamesClerkMaxwell 1831 1879 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 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 返回目录 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 1888年 德国物理学家赫兹用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 返回目录 光的电磁说 1 赫兹通过实验证实了电磁波的存在 光的电磁说把光学和电学统一起来了 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 2 关于光的电磁说的几点强调 返回目录 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 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 00 108m s 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 二 可见光 能够作用于人眼并引起视觉的只是一个很窄的波段 叫可见光 三 红外线 1 发现者 英国物理学家赫谢耳 1800年 2 显著特征 热作用 3 应用 用于烘干 夜视 遥感技术 4 产生条件 一切物体都在发射红外线只是发射的红外线的波长 强度不同而已 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 光的电磁说 红外线技术的应用 返回目录 详介 红外线卫星云图显示一九九九年九月十六日台风约克于清晨靠近香港时 中心的风眼清晰可见 返回 如果用红外摄影对人体成像 做出体表的 热图 可以通过皮肤温度的微小差别判断人体的健康状况 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 光的电磁说 红外线检视器是利用红外线能穿透颜料的特性 揭示顏料层下隐藏的资料 利用红外线发射器 接收器及屏幕显示器 油画上炭笔初稿稿及已往曾经进行过的修复工作都能一一呈现于眼前 返回 光的电磁说 红外线还用于遥控 例如遥控式电视机 录像机等 按下遥控器上的按钮 遥控器就发出红外线脉冲信号 受控机器收到信号后就进行相应的操作 变换频道 改变音量等 四 紫外线 比紫光的波长更短的不可见光 1 发现者 1801年德国的物理学家里特 3 应用 消毒 荧光效应 诱杀害虫 4 产生条件 一切高温物体 如太阳 弧光灯 发出的光中都含有紫外线 2 显著作用 化学作用 紫外线的荧光作用 画面上可以清晰的看到钱币上的防伪标记 返回目录 紫外线能促使人体合成维生素D 紫外线能杀死多种细菌 所以医院和食品店常用紫外线消毒 4 产生条件 高速电子流射到某些固体上都会产生伦琴射线 五 伦琴射线 x射线 1 发现者 1895年德国的物理学家伦琴 2 显著特征 有较强的穿透本领 3 应用 医学上的透视 工业上的探伤 第一个获得诺贝尔物理学奖金的人 就是名噪一时的X射线的发现者 德国物理学家伦琴 1895年 伦琴正在德国沃兹堡大学的实验室里 研究一种名为克鲁克斯管的放电过程 一天 他关闭门窗 用黑纸把这个梨状的放电管包起来 当接通高压时 奇迹就出现了 只见一丝绿光映入眼帘 伦琴认定这种绿光是某种射线射在一块氰亚酸钡上发出的荧光 这个发现使他欣喜若狂 一连好几天不回家 呆在实验室里反复研究 他企图用各种物质来阻挡这种射线 结果大多物质都被它穿透 因为对这种射线一无所知 伦琴就取名为X射线 伦琴的一连几天不回家 引起一场风波 妻子要他解释不回家的原因 伦琴只得带她到实验室 给她照了一张一只手的X光照相 在底片上可清楚地看到她的手骨和戴的结婚戒子 这就是世界上第一张X光射线照相 当时伦琴这个发现 确实轰动世界 更有趣的是 投机商人见有利可图 大做广告 警告女士们 今后穿什么衣服上街都不安全 企图招徕顾客去买他们的X光保险服 自此 各地科学家都在紧张地研究X射线 法国物理学家贝克勒尔发现了天然放射性 英国物理学家发现了第一个基本粒子 电子 X射线引来了众多的发现 渐渐地打开了近代物理学的大门 为了表彰伦琴的杰出贡献 于1901年11月12日 瑞典皇家学院在斯德哥尔摩授与伦琴1万多元的诺贝尔奖金 一枚奖章和一张获奖证书 下图是产生X射线的装置 叫做X射线管 返回目录 真空度很高的玻璃泡内有一个阴极K和一个阳极A 也叫对阴极 阴极被加热后能向周围发射电子 在阳极和阴极之间加上几万伏的电压 从阴极发射出来的电子受强电场的作用 以很大的速度冲击阳极 阳极就激发出伦琴射线 X射线穿透能力很强 由于X射线穿透物质的厚度跟物质的密度有关 在工业上可以用来检查金属部件内部有没有砂眼 裂纹等缺陷 医学上可以用来透视人体 检查体内的病变及骨骼情况 六 射线 它是比伦琴射线波长更短的电磁波 我们将在下章学习 七 电磁波谱 1 无线电波 微波 红外线 可见光 紫外线 X射线 射线都是电磁波 按波长或频率的顺序排列起来 就可得到电磁波谱 见基础教材p 17 电磁波谱 点击画面观看动画 返回目录 2 各种电磁波的产生机理 1 无线电波 振荡电路中自由电子的周期性运动产生的 2 红外线 可见光 紫外线 原子的外层电子受激发产生的 3 伦琴射线 原子的内层电子受激发产生的 4 射线 原子核受激发产生的 电磁波谱对照一览表 1 光和无线电波都是 波 他们在真空中的传播速度都等于 m s 且传播时可以不依赖 首先提出光是一种电磁波的科学家是 2 对于红外线的作用和来源正确的叙述有 A一切物体都在不停的辐射红外线B红外线有很强的荧光作用C红外线最显著的作用是热作用D红外线容易穿透云雾烟尘 电磁 3 00 108 介质 麦克斯韦 ACD 3 下列各组电磁波 在真空中传播时 按波长由长到短的排列正确的是Ar射线X射线红外线无线电波B紫外线可见光红外线X射线C红外线可见光紫外线r射线Dr射线红外线紫外线可见光4 下列关于电磁波的特性和应用 正确的说法是A红外线和X射线都有很强的穿透本领 常用来在医学上做人体透视B电磁波中频率最大的是r射线 最容易用它来观察衍射现象C过量的紫外线照射有利于人的皮肤健康D紫外线和X射线都可以感光底片感光 5 声波和光波都从空气进入水中传播 下列判断正确的是A他们的波速都变小 频率都不变 波长都变小B他们的波速都变大 频率都不变 波长都变大C声波波速不变 波长不变 光播波速变小 波长变小D声波波速变大 波长变大 光播波速变小 波长变小6 让绿 黄 蓝三种单色光以相同的入射角射到某中介质与空气的界面上 观察到绿光恰好发生全反射 下列判断正确的是A蓝光一定发生全反射B黄光一定发生全反射C绿光在该介质中波长最短D只有黄光从介质中进入空气 例3 如图20 4 1所示是伦琴射线管的示意图 下列有关伦琴射线管或伦琴射线的说法中正确的是 A