第十三章光的波粒二象性B光的電磁波說(shuō)光的偏振

1、第十三章第十三章 光的波粒二象性光的波粒二象性B 光的電磁波說(shuō)光的電磁波說(shuō) 光的偏振光的偏振向明中學(xué)向明中學(xué) 嚴(yán)城嚴(yán)城光的電磁波說(shuō)光的電磁波說(shuō)光的電磁波說(shuō)麥克斯韋麥克斯韋電磁波譜電磁波譜紅外線紅外線紫外線紫外線倫琴射線倫琴射線光的干涉現(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光的電磁波說(shuō) 19 19世紀(jì)中葉，光的波動(dòng)說(shuō)已經(jīng)世紀(jì)中葉，光的波動(dòng)說(shuō)已經(jīng)得到了公認(rèn)，但是光波的本質(zhì)到底得到了公認(rèn)，但是光波的本質(zhì)到底是什么，是像水波？還是像聲波呢？是什么，是像水波？還是像聲波呢？ 19 19世紀(jì)世紀(jì)6060年代，麥克斯韋預(yù)言年代，麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，并從理論上得出了電磁波的存在，

2、并從理論上得出電磁波在真空中的傳播速度應(yīng)為：電磁波在真空中的傳播速度應(yīng)為：sm1011. 38光是一種電磁波光是一種電磁波光速光速返回目錄返回目錄光的電磁波說(shuō) 1 1、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，提出了光是一種電磁波的假說(shuō)赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁本質(zhì)，光出了光是一種電磁波的假說(shuō)赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁本質(zhì)，光的電磁說(shuō)把光學(xué)和電學(xué)統(tǒng)一起來(lái)了的電磁說(shuō)把光學(xué)和電學(xué)統(tǒng)一起來(lái)了 2 2、光的顏色是由電磁波的頻率決定的不同頻率的色光在真空光的顏色是由電磁波的頻率決定的不同頻率的色光在真空中波速相同，在介質(zhì)中波速不同同一色光在不同

3、介質(zhì)中，頻率中波速相同，在介質(zhì)中波速不同同一色光在不同介質(zhì)中，頻率（顏色）不變，波長(zhǎng)和波速都要改變?cè)谕唤橘|(zhì)中，頻率越高，（顏色）不變，波長(zhǎng)和波速都要改變?cè)谕唤橘|(zhì)中，頻率越高，波速越小波速越小 3 3、電磁波與機(jī)械波的比較電磁波與機(jī)械波的比較: : 共同點(diǎn)：都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象；它們波動(dòng)的頻率都取決于波共同點(diǎn)：都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象；它們波動(dòng)的頻率都取決于波源的頻率；在不同介質(zhì)中傳播，頻率都不變?cè)吹念l率；在不同介質(zhì)中傳播，頻率都不變 不同點(diǎn)：機(jī)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(guān)，不同點(diǎn)：機(jī)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(guān)，與波的頻率無(wú)關(guān)而電磁波本身就是一種物質(zhì)，它

4、可以在真空中傳播，與波的頻率無(wú)關(guān)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)中傳播電磁波在真空中傳播的速度均為也可以在介質(zhì)中傳播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(shí)，波速和波長(zhǎng)不僅與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，還與頻率有關(guān)在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速和波長(zhǎng)不僅與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，還與頻率有關(guān)關(guān)于光的電磁波說(shuō)的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào)關(guān)于光的電磁波說(shuō)的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào) 返回目錄返回目錄 麥克斯韋（James Clerk Maxwell，18311879），英國(guó)物理學(xué)家，經(jīng)典電磁理論的奠基人1831年6月13日出生于愛(ài)丁堡1847年入愛(ài)丁堡大學(xué)聽(tīng)課，專(zhuān)攻數(shù)學(xué)他很重視實(shí)驗(yàn)，涉獵電化學(xué)、光學(xué)

5、、分子物理學(xué)以及機(jī)械工程等等他說(shuō)：“把數(shù)學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)研究聯(lián)合使用得到的物理科學(xué)知識(shí)，比之一個(gè)單純的實(shí)驗(yàn)人員或單純的數(shù)學(xué)家所具有的知識(shí)更加堅(jiān)實(shí)、有益而牢固” 1850年考入劍橋大學(xué)，1854年以?xún)?yōu)異成績(jī)畢業(yè)并獲得了學(xué)位，留校工作1856年起任蘇格蘭阿伯丁的馬里沙耳學(xué)院的自然哲學(xué)講座教授，直到1874年經(jīng)法拉第舉薦，自1860年起任倫敦皇家學(xué)院的物理學(xué)和天文學(xué)教授1871年起負(fù)責(zé)籌劃卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，隨后被任命在劍橋大學(xué)創(chuàng)辦卡文迪什實(shí)驗(yàn)室并擔(dān)任第一任負(fù)責(zé)人1879年11月5日麥克斯韋因患癌癥在劍橋逝世，終年僅48歲 麥克斯韋麥克斯韋返回目錄返回目錄 麥克斯韋一生從事過(guò)多方面的物理學(xué)研究工作，最杰出的

6、貢麥克斯韋一生從事過(guò)多方面的物理學(xué)研究工作，最杰出的貢獻(xiàn)是在經(jīng)典電磁理論方面在劍橋讀書(shū)期間，麥克斯韋在讀法拉獻(xiàn)是在經(jīng)典電磁理論方面在劍橋讀書(shū)期間，麥克斯韋在讀法拉第的電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，被書(shū)中的新穎見(jiàn)解所吸引，他敏銳地第的電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，被書(shū)中的新穎見(jiàn)解所吸引，他敏銳地領(lǐng)會(huì)到了法拉第的領(lǐng)會(huì)到了法拉第的“力線力線”和和“場(chǎng)場(chǎng)”的概念的重要性他注意到的概念的重要性他注意到全書(shū)竟然無(wú)一數(shù)學(xué)公式，說(shuō)明法拉第的學(xué)說(shuō)還缺乏嚴(yán)密的理論形全書(shū)竟然無(wú)一數(shù)學(xué)公式，說(shuō)明法拉第的學(xué)說(shuō)還缺乏嚴(yán)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，決心用自己的數(shù)學(xué)才能湯姆孫的啟發(fā)和幫助下，決心用自己的數(shù)學(xué)才能來(lái)彌補(bǔ)法拉第工

7、作的這一缺陷來(lái)彌補(bǔ)法拉第工作的這一缺陷 返回目錄返回目錄麥麥克克斯斯韋韋18551856論法拉第力線論法拉第力線 這是麥克斯韋用數(shù)學(xué)工具表達(dá)法拉第學(xué)說(shuō)的開(kāi)端這是麥克斯韋用數(shù)學(xué)工具表達(dá)法拉第學(xué)說(shuō)的開(kāi)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(guò)法拉第，不僅對(duì)各在這一文中的思想已經(jīng)超過(guò)法拉第，不僅對(duì)各種電磁現(xiàn)象的聯(lián)系，提供了統(tǒng)一的解釋?zhuān)彝诜N電磁現(xiàn)象的聯(lián)系，提供了統(tǒng)一的解釋?zhuān)彝诰虺龈钊氲膬?nèi)在本質(zhì)，這是麥克斯韋為電磁場(chǎng)掘出更深入的內(nèi)在本質(zhì)，這是麥克斯韋為電磁場(chǎng)理論建立邁出的關(guān)鍵性一步。理論建立邁出的關(guān)鍵性一步。1865電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論 在實(shí)驗(yàn)事實(shí)及動(dòng)力學(xué)

8、的基礎(chǔ)上構(gòu)筑了一座全新在實(shí)驗(yàn)事實(shí)及動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上構(gòu)筑了一座全新的電磁學(xué)理論大廈。的電磁學(xué)理論大廈。18651873電磁理論電磁理論 被認(rèn)為可以和牛頓的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理被認(rèn)為可以和牛頓的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理交相輝映麥克斯韋的電磁理論成為經(jīng)典物理學(xué)交相輝映麥克斯韋的電磁理論成為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一的重要支柱之一 返回目錄返回目錄 麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論從超距作用過(guò)渡到以場(chǎng)為基本變麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論從超距作用過(guò)渡到以場(chǎng)為基本變量，是科學(xué)認(rèn)識(shí)的一個(gè)革命性變革，根據(jù)研究，麥克斯韋大量，是科學(xué)認(rèn)識(shí)的一個(gè)革命性變革，根據(jù)研究，麥克斯韋大膽斷言：光本身就是電磁波膽斷言：光本身就是電磁波 18861888年

9、間赫茲做了一系列實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存年間赫茲做了一系列實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，并且測(cè)出了實(shí)驗(yàn)中的電磁波頻率和波長(zhǎng)，從而計(jì)算出電在，并且測(cè)出了實(shí)驗(yàn)中的電磁波頻率和波長(zhǎng)，從而計(jì)算出電磁波的傳播速度，發(fā)現(xiàn)電磁波的速度確實(shí)與光速相同，證明磁波的傳播速度，發(fā)現(xiàn)電磁波的速度確實(shí)與光速相同，證明了光的電磁說(shuō)的正確性這樣麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論就把電、了光的電磁說(shuō)的正確性這樣麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論就把電、磁、光學(xué)規(guī)律統(tǒng)一起來(lái)，完成了人類(lèi)認(rèn)識(shí)史上的一次磁、光學(xué)規(guī)律統(tǒng)一起來(lái)，完成了人類(lèi)認(rèn)識(shí)史上的一次“大綜大綜合合”返回目錄返回目錄光的電磁波說(shuō)紅外線紅外線 在電磁波中，能夠作用于人的眼睛并引起在電磁波中，能夠作用于人的眼

10、睛并引起視覺(jué)的，只是一個(gè)很窄的波段，通常叫做可見(jiàn)視覺(jué)的，只是一個(gè)很窄的波段，通常叫做可見(jiàn)光。其中波長(zhǎng)最短的是紫光，波長(zhǎng)約為光。其中波長(zhǎng)最短的是紫光，波長(zhǎng)約為400400nmnm波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是紅光，波長(zhǎng)約為波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是紅光，波長(zhǎng)約為770770nmnm，波長(zhǎng)更波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光不能引起視覺(jué)，叫做紅外線，紅外線的長(zhǎng)的光不能引起視覺(jué)，叫做紅外線，紅外線的波長(zhǎng)范圍很寬，約為波長(zhǎng)范圍很寬，約為770770nmnm10106 6nmnm返回目錄返回目錄利用靈敏的紅外線探測(cè)器接收物體發(fā)出的紅外線，用電子儀器對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行處理，就可以知道被測(cè)物體的信息 紅外線主要作用是熱作用，可以利用紅外線來(lái)加熱物體和進(jìn)行紅外線遙

11、感 光的電磁波說(shuō)紅外線技紅外線技術(shù)的應(yīng)用術(shù)的應(yīng)用返回目錄返回目錄詳介詳介光的電磁波說(shuō)紫外線紫外線 紫外線也是不可見(jiàn)光，他的波長(zhǎng)比紫光還短，紫外線也是不可見(jiàn)光，他的波長(zhǎng)比紫光還短，大約為大約為5 5nmnm40nm40nm紫外線有熒光作用，有些物紫外線有熒光作用，有些物質(zhì)受到紫外線照射時(shí)可以發(fā)出可見(jiàn)光質(zhì)受到紫外線照射時(shí)可以發(fā)出可見(jiàn)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，有助于有助于人體對(duì)鈣的吸收，所以?xún)和?jīng)常曬太陽(yáng)能夠預(yù)防人體對(duì)鈣的吸收，所以?xún)和?jīng)常曬太陽(yáng)能夠預(yù)防缺鈣引起的佝僂病，但是過(guò)多的紫外線會(huì)使皮膚缺鈣引起的佝僂病，但是過(guò)多的紫外線會(huì)使皮膚粗糙，甚至誘發(fā)皮膚癌粗

12、糙，甚至誘發(fā)皮膚癌 紫外線能夠殺滅多種細(xì)菌，可以用紫外線紫外線能夠殺滅多種細(xì)菌，可以用紫外線進(jìn)行消毒進(jìn)行消毒注意：紅外線與紫外線人眼都是看不到的注意：紅外線與紫外線人眼都是看不到的返回目錄返回目錄光的電磁波說(shuō)紫外線紫外線 畫(huà)面上可以清晰的看到畫(huà)面上可以清晰的看到錢(qián)幣上的防偽標(biāo)記錢(qián)幣上的防偽標(biāo)記 返回目錄返回目錄光的電磁波說(shuō)倫琴射線倫琴射線 波長(zhǎng)比紫外線更短的光叫做倫琴射線，也叫波長(zhǎng)比紫外線更短的光叫做倫琴射線，也叫X X射線是德國(guó)物理學(xué)家倫琴在射線是德國(guó)物理學(xué)家倫琴在18951895年發(fā)現(xiàn)的他的年發(fā)現(xiàn)的他的穿透能力很強(qiáng)，能使包在黑紙里的照像底片感光，穿透能力很強(qiáng)，能使包在黑紙里的照像底片感光，

13、下圖是產(chǎn)生下圖是產(chǎn)生X X射線的裝置，叫做射線的裝置，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(yáng)極是陽(yáng)極（也叫對(duì)陰極）（也叫對(duì)陰極）返回目錄返回目錄 此外還有比倫琴射線波長(zhǎng)更短的電磁波，此外還有比倫琴射線波長(zhǎng)更短的電磁波，那就是那就是射線，我們將在以后學(xué)習(xí)射線，我們將在以后學(xué)習(xí)返回目錄返回目錄光的電磁光的電磁波說(shuō)說(shuō)電磁波譜電磁波譜點(diǎn)擊畫(huà)面觀看動(dòng)畫(huà)返回目錄返回目錄光的電磁波說(shuō) 按頻率由小到大（波長(zhǎng)由大到?。┡帕行纬傻碾姶挪ㄗV是：無(wú)按頻率由小到大（波長(zhǎng)由大到?。┡帕行纬傻碾姶挪ㄗV是：無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、倫琴射線、線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、倫琴射線、

14、射線這些頻率射線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，但是不同的電磁波本質(zhì)是相同的它們的行為服從共同的規(guī)律，但是他們產(chǎn)生的機(jī)理不同，因而具有不同的特性在觀察方法和應(yīng)用他們產(chǎn)生的機(jī)理不同，因而具有不同的特性在觀察方法和應(yīng)用上也有所不同上也有所不同 1 1不同電磁波產(chǎn)生的機(jī)理不同電磁波產(chǎn)生的機(jī)理 無(wú)線電波是振蕩電路中自由電子作周期性的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的紅外無(wú)線電波是振蕩電路中自由電子作周期性的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的紅外線、可見(jiàn)光、紫外線是原子外層電子受激發(fā)產(chǎn)生的倫琴射線是線、可見(jiàn)光、紫外線是原子外層電子受激發(fā)產(chǎn)生的倫琴射線是原子內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)生的原子內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)生的 射線是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的

15、射線是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的 2 2、頻率（波長(zhǎng)）不同的電磁波表現(xiàn)出作用不同紅外線主要頻率（波長(zhǎng)）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，可以利用紅外線來(lái)加熱物體和進(jìn)行紅外線遙感；作用是熱作用，可以利用紅外線來(lái)加熱物體和進(jìn)行紅外線遙感；紫外線主要作用是化學(xué)作用，可用來(lái)殺菌和消毒；倫琴射線有較紫外線主要作用是化學(xué)作用，可用來(lái)殺菌和消毒；倫琴射線有較強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，利用其穿透本領(lǐng)與物質(zhì)的密度有關(guān)，進(jìn)行對(duì)人體強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，利用其穿透本領(lǐng)與物質(zhì)的密度有關(guān)，進(jìn)行對(duì)人體的透視和檢查部件的缺陷；的透視和檢查部件的缺陷； 射線的穿透本領(lǐng)更大，在工業(yè)和醫(yī)學(xué)射線的穿透本領(lǐng)更大，在工業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，如探傷，測(cè)厚或用等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，如探傷，測(cè)厚或用 刀進(jìn)行手術(shù)刀進(jìn)行手術(shù)關(guān)于電磁波譜的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào)關(guān)于電磁波譜的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào) 返回目錄返回目錄光的偏振光的偏振作業(yè)作業(yè) 拓展型課程拓展型課程I(第二冊(cè)）練習(xí)部分第二冊(cè)）練習(xí)部分 88頁(yè)頁(yè)1-10題題 利用紅外線檢測(cè)人體的健康狀態(tài)，本圖片是利用紅外線檢測(cè)人體的健康狀態(tài)，本圖片是人體的背部熱圖，透過(guò)圖片可以根據(jù)不同顏色人體的背部熱圖，透過(guò)圖片可以根據(jù)不同顏色判斷病變區(qū)域判斷病變區(qū)域返回 紅外線檢視器是利用紅外線能穿透顏料的特性，紅外線檢視器是利用紅外線能穿透顏料的特