第四節(jié) 光的電磁說

1、第四節(jié)第四節(jié) 光的電磁說光的電磁說光的電磁說光的電磁說光的電磁說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說光的電磁說 19 19世紀中葉，光的波動說已經(jīng)得到世紀中葉，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，了公認，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？ 19 19世紀世紀6060年代，麥克斯韋預言了電磁年代，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波的存在，并從理論上得出電磁波在真空中的傳播速度應(yīng)為：空中的傳播速度應(yīng)為：sm10

2、11. 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一、光的電磁說一、光的電磁說1 1、內(nèi)容、內(nèi)容 18651865年年，英國物，英國物理學家理學家麥克斯韋麥克斯韋預言預言了電磁波的了電磁波的存在，提出光在存在，提出光在本質(zhì)上是一種電本質(zhì)上是一種電磁波，光和所有磁波，光和所有電磁波一樣，在電磁波一樣，在真空中的傳播速真空中的傳播速度都為度都為3.00108ms，這就是這就是光的光的電磁說。電磁說。 麥克斯韋（麥克斯韋（James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell，1831183118791879），），英國物理學家，經(jīng)典電磁理論的奠基英國物理學家，經(jīng)

3、典電磁理論的奠基人人18311831年年6 6月月1313日出生于愛丁堡日出生于愛丁堡18471847年入愛丁年入愛丁堡大學聽課，專攻數(shù)學他很重視實驗，涉獵電堡大學聽課，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等他化學、光學、分子物理學以及機械工程等等他說：說：“把數(shù)學分析和實驗研究聯(lián)合使用得到的物把數(shù)學分析和實驗研究聯(lián)合使用得到的物理科學知識，比之一個單純的實驗人員或單純的理科學知識，比之一個單純的實驗人員或單純的數(shù)學家所具有的知識更加堅實、有益而牢固數(shù)學家所具有的知識更加堅實、有益而牢固” ” 18501850年考入劍橋大學，年考入劍橋大學，18541854年以優(yōu)異

4、成績畢業(yè)并年以優(yōu)異成績畢業(yè)并獲得了學位，留校工作獲得了學位，留校工作18561856年起任蘇格蘭阿伯年起任蘇格蘭阿伯丁的馬里沙耳學院的自然哲學講座教授，直到丁的馬里沙耳學院的自然哲學講座教授，直到18741874年經(jīng)法拉第舉薦，自年經(jīng)法拉第舉薦，自18601860年起任倫敦皇家年起任倫敦皇家學院的物理學和天文學教授學院的物理學和天文學教授18711871年起負責籌劃年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人文迪什實驗室并擔任第一任負責人18791879年年1111月月5 5日麥克斯韋因患癌癥在劍橋逝世，終年僅日

5、麥克斯韋因患癌癥在劍橋逝世，終年僅4848歲。歲。 麥麥克克斯斯韋韋返回目錄返回目錄 麥克斯韋的電磁場理論從超距作用過渡到以場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，是科學認識的一個革命性變革，根據(jù)為基本變量，是科學認識的一個革命性變革，根據(jù)研究，麥克斯韋大膽斷言：光本身就是電磁波研究，麥克斯韋大膽斷言：光本身就是電磁波 1888 1888年，德國物理學家年，德國物理學家赫茲赫茲用用實驗證實實驗證實了電磁了電磁波的存在，并且測出了實驗中的電磁波頻率和波長，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傳播速度，發(fā)現(xiàn)電磁波的速度從而計算出電磁波的傳播速度，發(fā)現(xiàn)電磁波

6、的速度確實與光速相同，證明了光的電磁說的正確性。這確實與光速相同，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、光學規(guī)律統(tǒng)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，完成了人類認識史上的一次一起來，完成了人類認識史上的一次“大綜合大綜合”。返回目錄返回目錄光的電磁說光的電磁說（1 1）赫茲赫茲通過實驗證實了電磁波的存在，光的通過實驗證實了電磁波的存在，光的電磁說把光學和電學統(tǒng)一起來了。電磁說把光學和電學統(tǒng)一起來了。（2 2）光的顏色是由電磁波的頻率決定的光的顏色是由電磁波的頻率決定的。不同頻。不同頻率的色光在真空中波速相同，在介質(zhì)中波速不同。率的色光在真空中波速相同，在

7、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在同一介質(zhì)中，頻率越高，長和波速都要改變在同一介質(zhì)中，頻率越高，波速越小。波速越小。2 2、關(guān)于光的電磁說的幾點強調(diào)、關(guān)于光的電磁說的幾點強調(diào) 返回目錄l（3）電磁波與機械波的比較電磁波與機械波的比較: :l共同點：共同點：都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象；它們波動的都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象；它們波動的頻率都取決于波源的頻率；在不同介質(zhì)中傳播，頻率都取決于波源的頻率；在不同介質(zhì)中傳播，頻率都不變頻率都不變l l不同點：不同點：機械波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

8、與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與波的頻率無關(guān)而電磁波本介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與波的頻率無關(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在介質(zhì)中傳播電磁波在真空中傳播的速度均為3.03.00 010108 8m ms s，在介質(zhì)中傳播時，波速和波長在介質(zhì)中傳播時，波速和波長不僅與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，還與頻率有關(guān)。不僅與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，還與頻率有關(guān)。二、可見光二、可見光 能夠作用于人眼并引起視覺的只是一個很窄的波能夠作用于人眼并引起視覺的只是一個很窄的波段，叫可見光。段，叫可見光。 三、紅外線三、紅外線1 1、發(fā)現(xiàn)者：、發(fā)現(xiàn)者： 英國

9、物理學家赫謝耳（英國物理學家赫謝耳（ 1800年）年）2 2、顯著特征：熱作用、顯著特征：熱作用3 3、應(yīng)用：、應(yīng)用： 用于烘干，夜視，遙感技術(shù)用于烘干，夜視，遙感技術(shù) 4 4、 產(chǎn)生條件：一切物體都在發(fā)射紅外線只是發(fā)射產(chǎn)生條件：一切物體都在發(fā)射紅外線只是發(fā)射的紅外線的波長、強度不同而已。的紅外線的波長、強度不同而已。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 紅外線主要紅外線主要作用是熱作用，作用是熱作用，可以利用紅外線可以利用紅外線來

10、加熱物體和進來加熱物體和進行紅外線遙感行紅外線遙感 光的電磁說光的電磁說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 紅外線衛(wèi)星云圖顯示一九九九年九月十六日臺風約克于清晨靠近香港時,中心的風眼清晰可見返回如果用紅外攝影對人體成像，做出體表的如果用紅外攝影對人體成像，做出體表的“熱圖熱圖”，可以通，可以通過皮膚溫度的微小差別判斷人體的健康狀況。過皮膚溫度的微小差別判斷人體的健康狀況。 利用紅外線檢測人體的健康狀態(tài)，本圖片是利用紅外線檢測人體的健康狀態(tài)，本圖片是人體的背部熱圖，透過圖片可以根據(jù)不同顏色人體的背部熱圖，透過圖片可以根據(jù)不同顏色判斷病變區(qū)域判斷病變區(qū)域返回光的電磁說光的電磁

11、說 紅外線檢視器是利用紅外線能穿透顏料的紅外線檢視器是利用紅外線能穿透顏料的特性，揭示特性，揭示顏顏料層下隱藏的資料利用紅外線發(fā)射料層下隱藏的資料利用紅外線發(fā)射器、接收器及屏幕顯示器，油畫上炭筆初稿稿及已器、接收器及屏幕顯示器，油畫上炭筆初稿稿及已往曾經(jīng)進行過的修復工作都能一一呈現(xiàn)于眼前往曾經(jīng)進行過的修復工作都能一一呈現(xiàn)于眼前返回光的電磁說光的電磁說紅外線還用于遙控，例如遙控式電視機、錄像機等紅外線還用于遙控，例如遙控式電視機、錄像機等. .按下遙控器上的按鈕，遙控器就發(fā)出紅外線脈沖信按下遙控器上的按鈕，遙控器就發(fā)出紅外線脈沖信號，受控機器收到信號后就進行相應(yīng)的操作，變換號，受控機器收到信號后

12、就進行相應(yīng)的操作，變換頻道、改變音量等頻道、改變音量等. . 四、紫外線四、紫外線 ：比紫光的波長更短的不可見光：比紫光的波長更短的不可見光1 1、 發(fā)現(xiàn)者：發(fā)現(xiàn)者： 1801年年德國的物理學家里特德國的物理學家里特 3 3、應(yīng)用：、應(yīng)用：消毒、熒光效應(yīng)，誘殺害蟲消毒、熒光效應(yīng)，誘殺害蟲 4 4、產(chǎn)生條件：一切高溫物體，如太陽、弧光、產(chǎn)生條件：一切高溫物體，如太陽、弧光燈、發(fā)出的光中都含有紫外線。燈、發(fā)出的光中都含有紫外線。 2 2、顯著作用：化學作用、顯著作用：化學作用紫外線的熒光作用 畫面上可以清晰的看到錢幣上的防畫面上可以清晰的看到錢幣上的防偽標記偽標記 返回目錄返回目錄紫外線能促使人體

13、合成維生素D紫外線能殺死多種細菌，所以醫(yī)院和食品店常用紫外線消毒。 4 4、產(chǎn)生條件：、產(chǎn)生條件：高速電子流射到高速電子流射到某些固體上某些固體上都會產(chǎn)生倫琴射線。都會產(chǎn)生倫琴射線。 五、倫琴射線（x射線） ：1 1、發(fā)現(xiàn)者、發(fā)現(xiàn)者: 1895: 1895年德國的物理學家倫琴年德國的物理學家倫琴 2 2、顯著特征：有較強的穿透本領(lǐng)。、顯著特征：有較強的穿透本領(lǐng)。3、應(yīng)用：醫(yī)學上的透視 、工業(yè)上的探傷。l 第一個獲得諾貝爾物理學獎金的人，就是名噪一時的第一個獲得諾貝爾物理學獎金的人，就是名噪一時的X 射線的發(fā)射線的發(fā)現(xiàn)者，德國物理學家倫琴?，F(xiàn)者，德國物理學家倫琴。l 1895年，倫琴正在德國沃茲

14、堡大學的實驗室里，研究一種名為年，倫琴正在德國沃茲堡大學的實驗室里，研究一種名為克魯克斯管的放電過程。一天，他關(guān)閉門窗，用黑紙把這個梨狀克魯克斯管的放電過程。一天，他關(guān)閉門窗，用黑紙把這個梨狀的放電管包起來，當接通高壓時，奇跡就出現(xiàn)了，只見一絲綠光的放電管包起來，當接通高壓時，奇跡就出現(xiàn)了，只見一絲綠光映入眼簾。倫琴認定這種綠光是某種射線射在一塊氰亞酸鋇上發(fā)映入眼簾。倫琴認定這種綠光是某種射線射在一塊氰亞酸鋇上發(fā)出的熒光。這個發(fā)現(xiàn)使他欣喜若狂，一連好幾天不回家，呆在實出的熒光。這個發(fā)現(xiàn)使他欣喜若狂，一連好幾天不回家，呆在實驗室里反復研究。他企圖用各種物質(zhì)來阻擋這種射線，結(jié)果大多驗室里反復研究。

15、他企圖用各種物質(zhì)來阻擋這種射線，結(jié)果大多物質(zhì)都被它穿透。因為對這種射線一無所知，倫琴就取名為物質(zhì)都被它穿透。因為對這種射線一無所知，倫琴就取名為X 射射線。線。l 倫琴的一連幾天不回家，引起一場風波，妻子要他解釋不回家倫琴的一連幾天不回家，引起一場風波，妻子要他解釋不回家的原因。倫琴只得帶她到實驗室，給她照了一張一只手的的原因。倫琴只得帶她到實驗室，給她照了一張一只手的X 光照光照相，在底片上可清楚地看到她的手骨和戴的結(jié)婚戒子。這就是世相，在底片上可清楚地看到她的手骨和戴的結(jié)婚戒子。這就是世界上第一張界上第一張X 光射線照相。光射線照相。l 當時倫琴這個發(fā)現(xiàn)，確實轟動世界。更有趣的是，投機商人

16、見當時倫琴這個發(fā)現(xiàn)，確實轟動世界。更有趣的是，投機商人見有利可圖，大做廣告，警告女士們，今后穿什么衣服上街都不安有利可圖，大做廣告，警告女士們，今后穿什么衣服上街都不安全，企圖招徠顧客去買他們的全，企圖招徠顧客去買他們的X 光保險服。光保險服。l 自此，各地科學家都在緊張地研究自此，各地科學家都在緊張地研究X 射線，法國物理學家貝克射線，法國物理學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射性，英國物理學家發(fā)現(xiàn)了第一個基本粒子勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射性，英國物理學家發(fā)現(xiàn)了第一個基本粒子電子電子。X 射線引來了眾多的發(fā)現(xiàn)，漸漸地打開了近代物理射線引來了眾多的發(fā)現(xiàn)，漸漸地打開了近代物理學的大門。學的大門。l 為了表彰倫琴的

17、杰出貢獻，于為了表彰倫琴的杰出貢獻，于1901年年11月月12日，瑞典皇家學院日，瑞典皇家學院在斯德哥爾摩授與倫琴在斯德哥爾摩授與倫琴1 萬多元的諾貝爾獎金、萬多元的諾貝爾獎金、一枚獎?wù)潞鸵粡埆@獎證書。一枚獎?wù)潞鸵粡埆@獎證書。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：返回目錄返回目錄 真空度很高的玻璃泡內(nèi)有一個陰極真空度很高的玻璃泡內(nèi)有一個陰極K K和一個陽極和一個陽極A A（也叫對陰極），陰極被加熱后能向周圍發(fā)射電子，（也叫對陰極），陰極被加熱后能向周圍發(fā)射電子，在陽極和陰極之間加上幾萬伏的電壓，從陰極發(fā)射出在陽極和陰極之間加上幾萬伏的電壓，從陰極發(fā)射出

18、來的電子受強電場的作用，以很大的速度沖擊陽極，來的電子受強電場的作用，以很大的速度沖擊陽極，陽極就激發(fā)出倫琴射線。陽極就激發(fā)出倫琴射線。X射線穿透能力很強由于X射線穿透物質(zhì)的厚度跟物質(zhì)的密度有關(guān)，在工業(yè)上可以用來檢查金屬部件內(nèi)部有沒有砂眼、裂紋等缺陷.醫(yī)學上可以用來透視人體，檢查體內(nèi)的醫(yī)學上可以用來透視人體，檢查體內(nèi)的病變及骨骼情況病變及骨骼情況. .六、六、射線射線 它是比倫琴射線波長更短的電磁波，它是比倫琴射線波長更短的電磁波，我們將在下章學習。我們將在下章學習。 1 1、無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、線、X X射線、射線、射線射線都是電磁波，

19、按都是電磁波，按波長或頻波長或頻率率的順序排列起來，就可得到的順序排列起來，就可得到電磁波譜電磁波譜。 (見基礎(chǔ)教材見基礎(chǔ)教材p.17）電磁波譜電磁波譜點擊畫面觀看動畫返回目錄返回目錄2 2、各種電磁波的產(chǎn)生機理、各種電磁波的產(chǎn)生機理（1 1）無線電波：）無線電波：振蕩電路中自由電子的周期性運動產(chǎn)生的振蕩電路中自由電子的周期性運動產(chǎn)生的（2 2）紅外線、可見光、紫外線：）紅外線、可見光、紫外線：原子的外層電子受激發(fā)產(chǎn)生的原子的外層電子受激發(fā)產(chǎn)生的（3 3）倫琴射線：）倫琴射線：原子的內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)生的原子的內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)生的（4 4）射線：射線：原子核受激發(fā)產(chǎn)生的原子核受激發(fā)產(chǎn)生的種類種類

20、發(fā)現(xiàn)人發(fā)現(xiàn)人產(chǎn)生機理產(chǎn)生機理特性特性重要用途重要用途無線電波無線電波赫茲赫茲電磁振蕩電磁振蕩波的疊加（干波的疊加（干涉、衍射）很涉、衍射）很明顯明顯通訊、電視、通訊、電視、導航導航紅外線紅外線赫謝耳赫謝耳原子外層電原子外層電子受激發(fā)而子受激發(fā)而產(chǎn)生產(chǎn)生熱作用顯著、熱作用顯著、衍射較顯著衍射較顯著加熱、遙感加熱、遙感可見光可見光能能引起視覺引起視覺照明、照相照明、照相紫外線紫外線里特里特化學效應(yīng)、化學效應(yīng)、熒光作用熒光作用消毒、辨別消毒、辨別細微細微倫琴射線倫琴射線倫琴倫琴原子內(nèi)層電原子內(nèi)層電子受激發(fā)而子受激發(fā)而產(chǎn)生產(chǎn)生穿透能力強穿透能力強透視、探測透視、探測 射線射線貝克勒耳貝克勒耳原子核受到

21、原子核受到激發(fā)激發(fā)穿透能力最穿透能力最強強如探傷，測如探傷，測厚或用厚或用刀進刀進行手術(shù)行手術(shù)l1光和無線電波都是- 波，他們在真空中的傳播速度都等于- m/s ，且傳播時可以不依賴-，首先提出光是一種電磁波的科學家是-。l2對于紅外線的作用和來源正確的敘述有：對于紅外線的作用和來源正確的敘述有：lA一切物體都在不停的輻射紅外線一切物體都在不停的輻射紅外線 B 紅外線紅外線有很強的熒光作用有很強的熒光作用lC 紅外線最顯著的作用是熱作用紅外線最顯著的作用是熱作用 D 紅外線容紅外線容易穿透云霧煙塵易穿透云霧煙塵電磁電磁3.00108介質(zhì)介質(zhì)麥克斯韋麥克斯韋 ( A C D )l3 3下列各組電

22、磁波，在真空中傳播時，按波長由長到下列各組電磁波，在真空中傳播時，按波長由長到短的排列正確的是短的排列正確的是l A A r r射線射線 X X射線射線 紅外線紅外線 無線電波無線電波l B B 紫外線紫外線 可見光可見光 紅外線紅外線 X X射線射線l C C 紅外線紅外線 可見光可見光 紫外線紫外線 r r射線射線l D D r r射線射線 紅外線紅外線 紫外線紫外線 可見光可見光l4 4下列關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用，正確的說法是下列關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用，正確的說法是l A A 紅外線和紅外線和X X射線都有很強的穿透本領(lǐng)，常用來在射線都有很強的穿透本領(lǐng)，常用來在醫(yī)學上做人體透視醫(yī)學上做人體透視l B B 電磁波中頻率最大的是電磁波中頻率最大的是r r射線，最容易用它來觀射線，最容易用它來觀察衍射現(xiàn)象察衍射現(xiàn)象l C C 過量的紫外線照射有利于人的皮膚健康過量的紫外線照射有利于人的皮膚健康l D D 紫外線和紫外線和X X射線都可以感光底片感光射線都可以感光底片感光l5 5聲波和光波都從空氣進入水中傳播，下列判斷正確聲波和光波都從空氣進入水中傳播，