高中物理電磁波譜精品課件新人教版選修

1、第十四章第十四章 電磁波電磁波第五節(jié)電磁波譜第五節(jié)電磁波譜一、麥克斯韋簡介一、麥克斯韋簡介三、電磁波譜三、電磁波譜紅外線紅外線紫外線紫外線倫琴射線倫琴射線二、各種電磁波二、各種電磁波光的干涉現(xiàn)象光的干涉現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象光是一種波光是一種波1919世紀中葉，光的波動說已經(jīng)得到了世紀中葉，光的波動說已經(jīng)得到了公認，但是光波的本質(zhì)到底是什么，公認，但是光波的本質(zhì)到底是什么，是像水波？還是像聲波呢？是像水波？還是像聲波呢？1919世紀世紀6060年代，麥克斯韋預言了電磁波的年代，麥克斯韋預言了電磁波的存在，并從理論上得出電磁波在真空中的存在，并從理論上得出電磁波在真空中的傳播速度應為：傳播

2、速度應為：sm1011.38光是一種電磁波光是一種電磁波光速光速 1 1、麥克斯韋根據(jù)電磁理論，發(fā)現(xiàn)、麥克斯韋根據(jù)電磁理論，發(fā)現(xiàn)電磁波的波速與光速相同，提出了光電磁波的波速與光速相同，提出了光是一種電磁波的假說是一種電磁波的假說 赫茲通過實驗證實了光的電磁本赫茲通過實驗證實了光的電磁本質(zhì)質(zhì). . 光的電磁說把光學和電學統(tǒng)一起光的電磁說把光學和電學統(tǒng)一起來了來了關于光的電磁說的幾點強調(diào)關于光的電磁說的幾點強調(diào) 2 2、光的顏色是由電磁波的頻率決定、光的顏色是由電磁波的頻率決定的的 不同頻率的色光在真空中波速相同，不同頻率的色光在真空中波速相同，在介質(zhì)中波速不同在介質(zhì)中波速不同 同一色光在不同介質(zhì)

3、中，頻率（顏同一色光在不同介質(zhì)中，頻率（顏色）不變，波長和波速都要改變色）不變，波長和波速都要改變 在同一介質(zhì)中，頻率越高，波速越在同一介質(zhì)中，頻率越高，波速越小小關于光的電磁說的幾點強調(diào)關于光的電磁說的幾點強調(diào) 3 3、電磁波與機械波的比較、電磁波與機械波的比較: : 共同點：共同點： 都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象；都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象； 它們波動的頻率都取決于波源的它們波動的頻率都取決于波源的頻率；頻率； 在不同介質(zhì)中傳播，頻率都不在不同介質(zhì)中傳播，頻率都不變變 關于光的電磁說的幾點強調(diào)關于光的電磁說的幾點強調(diào) 3 3、電磁波與機械波的比較、電磁波與機械波的比較: : 不同點：不同點： 機械波

4、的傳播一定需要介質(zhì)，其波速與機械波的傳播一定需要介質(zhì)，其波速與介質(zhì)的性質(zhì)有關，與波的頻率無關介質(zhì)的性質(zhì)有關，與波的頻率無關 而電磁波本身就是一種物質(zhì)，它可以在而電磁波本身就是一種物質(zhì)，它可以在真空中傳播，也可以在介質(zhì)中傳播真空中傳播，也可以在介質(zhì)中傳播 電 磁 波 在 真 空 中 傳 播 的 速 度 均 為電 磁 波 在 真 空 中 傳 播 的 速 度 均 為3.03.010108 8m ms s，在介質(zhì)中傳播時，波速和波，在介質(zhì)中傳播時，波速和波長不僅與介質(zhì)性質(zhì)有關，還與頻率有關長不僅與介質(zhì)性質(zhì)有關，還與頻率有關關于光的電磁說的幾點強調(diào)關于光的電磁說的幾點強調(diào) （18311831187918

5、79），英國物理學家），英國物理學家, ,經(jīng)典經(jīng)典電磁理論的奠基人電磁理論的奠基人.1831.1831年年6 6月月1313日出生日出生于愛丁堡于愛丁堡18471847年入愛丁堡大學聽課，年入愛丁堡大學聽課，專攻數(shù)學他很重視實驗，涉獵電化學、專攻數(shù)學他很重視實驗，涉獵電化學、光學、分子物理學以及機械工程等光學、分子物理學以及機械工程等等他說：等他說：“把數(shù)學分析和實驗研究聯(lián)把數(shù)學分析和實驗研究聯(lián)合使用得到的物理科學知識，比之一個合使用得到的物理科學知識，比之一個單純的實驗人員或單純的數(shù)學家所具有單純的實驗人員或單純的數(shù)學家所具有的知識更加堅實、有益而牢固的知識更加堅實、有益而牢固”麥克斯韋麥克

6、斯韋 18501850年考入劍橋大學，年考入劍橋大學，18541854年以優(yōu)異成績畢業(yè)并年以優(yōu)異成績畢業(yè)并獲得了學位，留校工獲得了學位，留校工 作作18561856年起任蘇格年起任蘇格蘭阿伯丁的馬里沙耳學院蘭阿伯丁的馬里沙耳學院的自然哲學講座教授，直的自然哲學講座教授，直到到18741874年經(jīng)法拉第舉薦，自年經(jīng)法拉第舉薦，自18601860年起任倫年起任倫敦皇家學院的物理學和天文學教授敦皇家學院的物理學和天文學教授18711871年年起負責籌劃卡文迪什實驗室，隨后被任命在劍起負責籌劃卡文迪什實驗室，隨后被任命在劍橋大學創(chuàng)辦卡文迪什實驗室并擔任第一任負責橋大學創(chuàng)辦卡文迪什實驗室并擔任第一任負責

7、人人18791879年年1111月月5 5日麥克斯韋因患癌癥在劍橋日麥克斯韋因患癌癥在劍橋逝世，終年僅逝世，終年僅4848歲歲 麥克斯韋一生從事過多方面的物理學麥克斯韋一生從事過多方面的物理學研究工作，最杰出的貢獻是在經(jīng)典電磁理研究工作，最杰出的貢獻是在經(jīng)典電磁理論方面在劍橋讀書期間，麥克斯韋在讀論方面在劍橋讀書期間，麥克斯韋在讀法拉第的法拉第的電學實驗研究電學實驗研究時，被書中的時，被書中的新穎見解所吸引，他敏銳地領會到了法拉新穎見解所吸引，他敏銳地領會到了法拉第的第的“力線力線”和和“場場”的概念的重要的概念的重要性他注意到全書竟然無一數(shù)學公式，說性他注意到全書竟然無一數(shù)學公式，說明法拉第

8、的學說還缺乏嚴密的理論形明法拉第的學說還缺乏嚴密的理論形式在老師威廉式在老師威廉湯姆孫的啟發(fā)和幫助下，湯姆孫的啟發(fā)和幫助下，決心用自己的數(shù)學才能來彌補法拉第工作決心用自己的數(shù)學才能來彌補法拉第工作的這一缺陷的這一缺陷 麥克斯韋麥克斯韋18551856論法拉第力線論法拉第力線 這是麥克斯韋用數(shù)學工具表達法拉第學說的開端這是麥克斯韋用數(shù)學工具表達法拉第學說的開端18611862論物理力線論物理力線 在這一文中的思想已經(jīng)超過法拉第，不僅對各在這一文中的思想已經(jīng)超過法拉第，不僅對各種電磁現(xiàn)象的聯(lián)系，提供了統(tǒng)一的解釋，而且挖種電磁現(xiàn)象的聯(lián)系，提供了統(tǒng)一的解釋，而且挖掘出更深入的內(nèi)在本質(zhì)，這是麥克斯韋為電

9、磁場掘出更深入的內(nèi)在本質(zhì)，這是麥克斯韋為電磁場理論建立邁出的關鍵性一步。理論建立邁出的關鍵性一步。1865電磁場的動力學理論電磁場的動力學理論 在實驗事實及動力學的基礎上構筑了一座全新在實驗事實及動力學的基礎上構筑了一座全新的電磁學理論大廈。的電磁學理論大廈。18651873電磁理論電磁理論 被認為可以和牛頓的被認為可以和牛頓的自然哲學的數(shù)學原理自然哲學的數(shù)學原理交相輝映麥克斯韋的電磁理論成為經(jīng)典物理學交相輝映麥克斯韋的電磁理論成為經(jīng)典物理學的重要支柱之一的重要支柱之一 （18311879） 麥克斯韋的電磁場理論從超距作用過麥克斯韋的電磁場理論從超距作用過渡到以場為基本變量，是科學認識的一個渡

10、到以場為基本變量，是科學認識的一個革命性變革，根據(jù)研究，麥克斯韋大膽斷革命性變革，根據(jù)研究，麥克斯韋大膽斷言：言：光本身就是電磁波光本身就是電磁波 1886 188618881888年間赫茲做了一系列實驗年間赫茲做了一系列實驗證實了電磁波的存在，并且測出了實驗中證實了電磁波的存在，并且測出了實驗中的電磁波頻率和波長，從而計算出電磁波的電磁波頻率和波長，從而計算出電磁波的傳播速度，發(fā)現(xiàn)電磁波的速度確實與光的傳播速度，發(fā)現(xiàn)電磁波的速度確實與光速相同，證明了光的電磁說的正確性這速相同，證明了光的電磁說的正確性這樣麥克斯韋的電磁場理論就把電、磁、光樣麥克斯韋的電磁場理論就把電、磁、光學規(guī)律統(tǒng)一起來，完

11、成了人類認識史上的學規(guī)律統(tǒng)一起來，完成了人類認識史上的一次一次“大綜合大綜合”紅外線紅外線 在電磁波中，能夠作用于人的眼在電磁波中，能夠作用于人的眼睛并引起視覺的，只是一個很窄的波睛并引起視覺的，只是一個很窄的波段，通常叫做可見光。其中波長最短段，通常叫做可見光。其中波長最短的是紫光，波長約為的是紫光，波長約為400nm400nm波長最長的波長最長的是紅光，波長約是紅光，波長約770nm.770nm. 波長更長的光不能引起視覺，叫做波長更長的光不能引起視覺，叫做紅外線，紅外線的波長范圍很寬紅外線，紅外線的波長范圍很寬. . 約為約為 770nm770nm10106 6 nmnm紅外線紅外線 一

12、切物體一切物體, ,都在輻射紅外線都在輻射紅外線. . 物體溫度越高物體溫度越高, ,輻射的紅外線輻射的紅外線越強越強. . 物體溫度越高物體溫度越高, ,輻射的紅外線輻射的紅外線波長越短波長越短. . 熱輻射熱輻射-即紅外線輻射即紅外線輻射, ,熱熱傳遞方式之一傳遞方式之一利用靈敏的紅外線探利用靈敏的紅外線探測器接收物體發(fā)出的測器接收物體發(fā)出的紅外線，用電子儀器紅外線，用電子儀器對收到的信號進行處對收到的信號進行處理，就可以知道被測理，就可以知道被測物體的信息物體的信息 紅外線主要作紅外線主要作用是熱作用，可以用是熱作用，可以利用紅外線來加熱利用紅外線來加熱物體和進行紅外線物體和進行紅外線遙

13、感遙感 紅外線技紅外線技術的應用術的應用注意注意: 烤箱中的紅光烤箱中的紅光,不是不是紅外線紅外線,紅外線是看不見紅外線是看不見的的.紅外線感應防盜報警器紅外線感應防盜報警器 它是將紅外線遙感探測技術和無線數(shù)它是將紅外線遙感探測技術和無線數(shù)碼遙控技術結合的高科技新型產(chǎn)品，利用碼遙控技術結合的高科技新型產(chǎn)品，利用人體所產(chǎn)生的微弱紅外線而觸發(fā)。當有人人體所產(chǎn)生的微弱紅外線而觸發(fā)。當有人試圖進入它的探測范圍時，它就會發(fā)出警試圖進入它的探測范圍時，它就會發(fā)出警報聲，直到人離開才停止。報聲，直到人離開才停止。紅外線反射型檢測傳感器紅外線反射型檢測傳感器它是一種一體化的紅外線發(fā)射、接收器件，它是一種一體化

14、的紅外線發(fā)射、接收器件，內(nèi)部包含紅外線發(fā)射、接收及信號放大與內(nèi)部包含紅外線發(fā)射、接收及信號放大與處理電路，能夠以非接觸的形式檢測出前處理電路，能夠以非接觸的形式檢測出前方一定范圍內(nèi)的人體或物體。工作穩(wěn)定可方一定范圍內(nèi)的人體或物體。工作穩(wěn)定可靠，性能優(yōu)良，可廣泛應用于各種自動檢靠，性能優(yōu)良，可廣泛應用于各種自動檢測、報警和控制等裝置中。如：光電計數(shù)測、報警和控制等裝置中。如：光電計數(shù)器，接近式照明開器，接近式照明開關，自動干手器，自控關，自動干手器，自控水龍頭，感應門鈴，倒水龍頭，感應門鈴，倒車告警電路車告警電路紅外線水份計紅外線水份計 利用紅外線照射加利用紅外線照射加溫功能溫功能, ,使被測試

15、樣本內(nèi)使被測試樣本內(nèi)的水份蒸發(fā)散失的水份蒸發(fā)散失, ,自動換自動換算其含水率算其含水率, ,適用于各形適用于各形式的產(chǎn)品水份測定式的產(chǎn)品水份測定, , 依依其功能特性可分為上皿其功能特性可分為上皿天平式、電子天平式、天平式、電子天平式、陶瓷熱管式及最新研發(fā)陶瓷熱管式及最新研發(fā)產(chǎn)品產(chǎn)品-微量水份計微量水份計紅外溫度變送器紅外溫度變送器 它是一個非接觸測量系統(tǒng)，根據(jù)它是一個非接觸測量系統(tǒng)，根據(jù)紅外輻射的測量原理，由一個濾鏡和紅外輻射的測量原理，由一個濾鏡和紅外探測器紅外探測器( (熱電偶堆熱電偶堆) )組成。使用時組成。使用時對準目標物體，能測量物體的溫度對準目標物體，能測量物體的溫度紫外線紫外線

16、 紫外線也是不可見光，他的波長比紫光還紫外線也是不可見光，他的波長比紫光還短，大約為短，大約為5nm5nm40nm40nm紫外線有熒光作用，紫外線有熒光作用，有些物質(zhì)受到紫外線照射時可以發(fā)出可見有些物質(zhì)受到紫外線照射時可以發(fā)出可見光光 紫外線可以促使人體合成維生素紫外線可以促使人體合成維生素d d，有助，有助于人體對鈣的吸收，所以兒童經(jīng)常曬太陽能于人體對鈣的吸收，所以兒童經(jīng)常曬太陽能夠預防缺鈣引起的佝僂病，但是過多的紫外夠預防缺鈣引起的佝僂病，但是過多的紫外線會使皮膚粗糙，甚至誘發(fā)皮膚癌線會使皮膚粗糙，甚至誘發(fā)皮膚癌 紫外線能夠殺滅多種細菌，可以用紫外線進紫外線能夠殺滅多種細菌，可以用紫外線進

17、行消毒行消毒 注意：紅外線與紫外線人眼都是看不注意：紅外線與紫外線人眼都是看不到的到的 畫面上可以清晰的看到錢畫面上可以清晰的看到錢幣上的防偽標記幣上的防偽標記 紫外線紫外線注意注意: : 消毒燈、驗鈔機燈看起來消毒燈、驗鈔機燈看起來是淡藍色的。這不是紫外線。是淡藍色的。這不是紫外線。紫外線看不見。消毒燈、驗紫外線看不見。消毒燈、驗鈔機燈除發(fā)出紫外線外，還鈔機燈除發(fā)出紫外線外，還發(fā)出少量紫光和藍光發(fā)出少量紫光和藍光倫琴射線倫琴射線 波長比紫外線更短的光叫做倫琴射線，波長比紫外線更短的光叫做倫琴射線，也叫也叫x x射線射線. .是德國物理學家倫琴在是德國物理學家倫琴在18951895年年發(fā)現(xiàn)的他

18、的穿透能力很強，能使包在黑發(fā)現(xiàn)的他的穿透能力很強，能使包在黑紙里的照像底片感光，下圖是產(chǎn)生紙里的照像底片感光，下圖是產(chǎn)生x x射線射線的裝置，叫做的裝置，叫做x x射線管：射線管：1 1、k k是陰極是陰極2 2、a a是陽極是陽極（也叫對陰（也叫對陰極）極） 此外還有比倫琴射線波此外還有比倫琴射線波長更短的電磁波，那就是長更短的電磁波，那就是射射線，我們將在以后學習線，我們將在以后學習 按頻率由小到大（波長由大到?。┡虐搭l率由小到大（波長由大到?。┡帕行纬傻碾姶挪ㄗV是：無線電波、紅外線、列形成的電磁波譜是：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、可見光、紫外線、倫琴射線、射線射線 這些頻

19、率不同的電磁波本質(zhì)是相同這些頻率不同的電磁波本質(zhì)是相同的它們的行為服從共同的規(guī)律，的它們的行為服從共同的規(guī)律， 但是他們產(chǎn)生的機理不同，因而具有但是他們產(chǎn)生的機理不同，因而具有不同的特性在觀察方法和應用上也有所不同的特性在觀察方法和應用上也有所不同不同 關于電磁波譜的幾點強調(diào)關于電磁波譜的幾點強調(diào) 1 1不同電磁波產(chǎn)生的機理不同電磁波產(chǎn)生的機理 無線電波是振蕩電路中自由電子作周期無線電波是振蕩電路中自由電子作周期性的運動產(chǎn)生的性的運動產(chǎn)生的 紅外線、可見光、紫外線是原子外層電紅外線、可見光、紫外線是原子外層電子受激發(fā)產(chǎn)生的子受激發(fā)產(chǎn)生的 倫琴射線是原子內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)的倫琴射線是原子內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)的 射線是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的射線是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的關于電磁波譜的幾點強調(diào)關于電磁波譜的幾點強調(diào) 2 2、頻率、頻率( (波長波長) )不同的電磁波表現(xiàn)出作用不同不同的電磁波表現(xiàn)出作用不同 紅外線主要作用是熱作用，可以利用紅外線紅外線主要作用是熱作用，可以利用紅外線來加熱物體和進