高三物理電磁波譜電子教案

1、高三物理電磁波譜光的干涉現(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 19 19世紀(jì)中葉，光的波動(dòng)說已經(jīng)得到了公認(rèn)，世紀(jì)中葉，光的波動(dòng)說已經(jīng)得到了公認(rèn)，但是光波的本質(zhì)到底是什么，是像水波？還但是光波的本質(zhì)到底是什么，是像水波？還是像聲波呢？是像聲波呢？ 19 19世紀(jì)世紀(jì)6060年代，麥克斯韋預(yù)言了電磁波年代，麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，并從理論上得出電磁波在真空中的傳的存在，并從理論上得出電磁波在真空中的傳播速度應(yīng)為：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 1 1、麥克斯韋根據(jù)電磁理論，發(fā)現(xiàn)電磁波的波麥克斯韋根據(jù)電磁理論，發(fā)現(xiàn)電磁波的波速與光速相同

2、，提出了光是一種電磁波的假速與光速相同，提出了光是一種電磁波的假說說 赫茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁本質(zhì)赫茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁本質(zhì). . 光的電磁說把光學(xué)和電學(xué)統(tǒng)一起來了光的電磁說把光學(xué)和電學(xué)統(tǒng)一起來了關(guān)于光的電磁說的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào) 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 不同頻率的色光在真空中波速相同，在介質(zhì)不同頻率的色光在真空中波速相同，在介質(zhì)中波速不同中波速不同 同一色光在不同介質(zhì)中，頻率（顏色）不變，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波長和波速都要改變 在同一介質(zhì)中，頻率越高，波速越小在同一介質(zhì)中，頻率越高，波速越小關(guān)于光的電磁說的幾點(diǎn)強(qiáng)

3、調(diào) 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)：共同點(diǎn)： 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(dòng)的頻率都取決于波源的頻率；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，頻率都不變在不同介質(zhì)中傳播，頻率都不變 關(guān)于光的電磁說的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào) 3 3、電磁波與機(jī)械波的比較電磁波與機(jī)械波的比較: : 不同點(diǎn)：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)，與波的頻率無關(guān)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)中傳播傳播，也可

4、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(shí)，波速和波長不僅與介質(zhì)性質(zhì)有在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速和波長不僅與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，還與頻率有關(guān)關(guān)，還與頻率有關(guān)關(guān)于光的電磁說的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào) （1831183118791879），），英國英國 物理學(xué)家物理學(xué)家, ,經(jīng)典電磁理論的奠基人經(jīng)典電磁理論的奠基人 1831 1831年年6 6月月1313日出生于愛丁堡日出生于愛丁堡18471847年入愛年入愛丁堡大學(xué)聽課，專攻數(shù)學(xué)他很重視實(shí)驗(yàn)，涉獵丁堡大學(xué)聽課，專攻數(shù)學(xué)他很重視實(shí)驗(yàn)，涉獵電化學(xué)、光學(xué)、分子物理學(xué)以及機(jī)械工程等電化學(xué)、光學(xué)、分

5、子物理學(xué)以及機(jī)械工程等等他說：等他說：“把數(shù)學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)研究聯(lián)合使用得把數(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，比之一個(gè)單純的實(shí)驗(yàn)人員或到的物理科學(xué)知識，比之一個(gè)單純的實(shí)驗(yàn)人員或單純的數(shù)學(xué)家所具有的知識更加堅(jiān)實(shí)、有益而牢單純的數(shù)學(xué)家所具有的知識更加堅(jiān)實(shí)、有益而牢固固”麥克斯韋麥克斯韋 1850 1850年考入劍橋大學(xué)，年考入劍橋大學(xué)，18541854年以優(yōu)年以優(yōu) 異成績畢業(yè)并獲得了學(xué)位，留校工異成績畢業(yè)并獲得了學(xué)位，留校工 作作18561856年起任蘇格蘭阿伯丁的馬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，直到里沙耳學(xué)院的自然哲學(xué)講座教授，直到18741874年經(jīng)法拉第舉薦，

6、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(xué)院的物理學(xué)和天文學(xué)教授學(xué)院的物理學(xué)和天文學(xué)教授18711871年起負(fù)責(zé)籌劃年起負(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)人文迪什實(shí)驗(yàn)室并擔(dān)任第一任負(fù)責(zé)人18791879年年1111月月5 5日麥克斯韋因患癌癥在劍橋逝世，終年僅日麥克斯韋因患癌癥在劍橋逝世，終年僅4848歲歲 麥克斯韋一生從事過多方面的物理學(xué)研究工作，麥克斯韋一生從事過多方面的物理學(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最杰出的貢獻(xiàn)是在經(jīng)典電磁理論方面在劍橋讀書期間，麥克斯韋

7、在讀法拉第的電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究書期間，麥克斯韋在讀法拉第的電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，被書中的新穎見解所吸引，他敏銳地領(lǐng)會(huì)到時(shí)，被書中的新穎見解所吸引，他敏銳地領(lǐng)會(huì)到了法拉第的了法拉第的“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(xué)公式，說明法拉性他注意到全書竟然無一數(shù)學(xué)公式，說明法拉第的學(xué)說還缺乏嚴(yán)密的理論形式在老師威第的學(xué)說還缺乏嚴(yán)密的理論形式在老師威廉廉湯姆孫的啟發(fā)和幫助下，決心用自己的數(shù)學(xué)湯姆孫的啟發(fā)和幫助下，決心用自己的數(shù)學(xué)才能來彌補(bǔ)法拉第工作的這一缺陷才能來彌補(bǔ)法拉第工作的這一缺陷 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(xué)工具表達(dá)法拉第

8、學(xué)說的開端這是麥克斯韋用數(shù)學(xué)工具表達(dá)法拉第學(xué)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(guān)鍵性一步。理論建立邁出的關(guān)鍵性一步。1865電磁場的動(dòng)力學(xué)理論電磁場的動(dòng)力學(xué)理論 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

9、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 （18311879） 麥克斯韋的電磁場理論從超距作用過渡到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(xué)認(rèn)識的一個(gè)革命性變以場為基本變量，是科學(xué)認(rèn)識的一個(gè)革命性變革，根據(jù)研究，麥克斯韋大膽斷言：革，根據(jù)研究，麥克斯韋大膽斷言：光本身就光本身就是電磁波是電磁波 18861888年間赫茲做了一系列實(shí)驗(yàn)證實(shí)年間赫茲做了一系列實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，并且測出了實(shí)驗(yàn)中的電磁波了電磁波的存在，并且測出了實(shí)驗(yàn)中的電磁波頻率和波長，

10、從而計(jì)算出電磁波的傳播速度，頻率和波長，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，證明了光發(fā)現(xiàn)電磁波的速度確實(shí)與光速相同，證明了光的電磁說的正確性這樣麥克斯韋的電磁場理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(xué)規(guī)律統(tǒng)一起來，完成了人論就把電、磁、光學(xué)規(guī)律統(tǒng)一起來，完成了人類認(rèn)識史上的一次類認(rèn)識史上的一次“大綜合大綜合”紅外線紅外線 在電磁波中，能夠作用于人的眼睛并引起視在電磁波中，能夠作用于人的眼睛并引起視覺的，只是一個(gè)很窄的波段，通常叫做可見光。覺的，只是一個(gè)很窄的波段，通常叫做可見光。 其中波長最短的是紫光，波長約為其中波長最短的是紫光，波長約為400400

11、nmnm波波長最長的是紅光，波長約為長最長的是紅光，波長約為770770nm.nm. 波長更長的光不能引起視覺，叫做紅外線，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的波長范圍很寬. . 約為約為 770 770nmnm10106 6 nmnm紅外線紅外線 一切物體一切物體, ,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, ,輻射的紅外線越強(qiáng)輻射的紅外線越強(qiáng). . 物體溫度越高物體溫度越高, ,輻射的紅外線波長越短輻射的紅外線波長越短. . 熱輻射熱輻射-即紅外線輻射即紅外線輻射, ,熱傳遞方式之一熱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

12、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(jìn)行處對收到的信號進(jìn)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(jìn)行紅外線物體和進(jìn)行紅外線遙感遙感 紅外線技紅外線技術(shù)的應(yīng)用術(shù)的應(yīng)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(yīng)防盜報(bào)警器紅外線感應(yīng)防盜報(bào)警器 它是將紅外線遙感探測技術(shù)和無線數(shù)碼遙控它是將紅外線遙感探測技術(shù)和無線數(shù)碼遙控技術(shù)結(jié)合的高科技新型產(chǎn)品，利用人體所產(chǎn)生的技術(shù)結(jié)合的高科技新型產(chǎn)品

13、，利用人體所產(chǎn)生的微弱紅外線而觸發(fā)。當(dāng)有人試圖進(jìn)入它的探測范微弱紅外線而觸發(fā)。當(dāng)有人試圖進(jìn)入它的探測范圍時(shí)，它就會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，直到人離開才停止。圍時(shí)，它就會(huì)發(fā)出警報(bào)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，內(nèi)它是一種一體化的紅外線發(fā)射、接收器件，內(nèi)部包含紅外線發(fā)射、接收及信號放大與處理電部包含紅外線發(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方一定范圍路，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)定可靠，性能優(yōu)良，內(nèi)的人體或物體。工作穩(wěn)定可靠，性能優(yōu)良，可廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)檢測、報(bào)警和控制等裝可廣泛應(yīng)用

14、于各種自動(dòng)檢測、報(bào)警和控制等裝置中。如：光電計(jì)數(shù)器，接近式照明開關(guān)，自置中。如：光電計(jì)數(shù)器，接近式照明開關(guān)，自動(dòng)干手器，自控水龍頭，動(dòng)干手器，自控水龍頭，感應(yīng)門鈴，倒車告警電路感應(yīng)門鈴，倒車告警電路紅外線水分計(jì)紅外線水分計(jì) 利用紅外線照射加溫功能利用紅外線照射加溫功能,使使被測試樣本內(nèi)的水分蒸發(fā)散失被測試樣本內(nèi)的水分蒸發(fā)散失,自動(dòng)換算其含水率自動(dòng)換算其含水率,適用于各形適用于各形式的產(chǎn)品水分測定式的產(chǎn)品水分測定, 依其功能特依其功能特性可分為上皿天平式、電子天平性可分為上皿天平式、電子天平式、陶瓷熱管式及最新研發(fā)產(chǎn)品式、陶瓷熱管式及最新研發(fā)產(chǎn)品-微量水分計(jì)微量水分計(jì)紅外溫度變送器紅外溫度變送器

15、 它是一個(gè)非接觸測量系統(tǒng)，根據(jù)紅外輻射它是一個(gè)非接觸測量系統(tǒng)，根據(jù)紅外輻射的測量原理，由一個(gè)濾鏡和紅外探測器的測量原理，由一個(gè)濾鏡和紅外探測器(熱電偶熱電偶堆堆)組成。使用時(shí)對準(zhǔn)目標(biāo)物體，能測量物體的組成。使用時(shí)對準(zhǔn)目標(biāo)物體，能測量物體的溫度溫度紫外線紫外線 紫外線也是不可見光，他的波長比紫光還短，紫外線也是不可見光，他的波長比紫光還短，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)出可見光質(zhì)受到紫外線照射時(shí)可以發(fā)出可見光 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，有助于人有助于人體對鈣的吸收，所以兒童經(jīng)

16、常曬太陽能夠預(yù)防缺體對鈣的吸收，所以兒童經(jīng)常曬太陽能夠預(yù)防缺鈣引起的佝僂病，但是過多的紫外線會(huì)使皮膚粗鈣引起的佝僂病，但是過多的紫外線會(huì)使皮膚粗糙，甚至誘發(fā)皮膚癌糙，甚至誘發(fā)皮膚癌 紫外線能夠殺滅多種細(xì)菌，可以用紫外線進(jìn)行紫外線能夠殺滅多種細(xì)菌，可以用紫外線進(jìn)行消毒消毒注意：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 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(biāo)記幣上的防偽標(biāo)記 紫外線紫外線注意注意: 消毒燈、驗(yàn)鈔機(jī)燈看起消毒燈、驗(yàn)鈔機(jī)燈看起來是淡藍(lán)色的。這不是紫外來是淡藍(lán)色的。這不是紫外線。線。 紫外線看不見。紫外線看不見。 消毒燈、驗(yàn)鈔機(jī)燈除發(fā)消毒燈、驗(yàn)

17、鈔機(jī)燈除發(fā)出紫外線外，還發(fā)出少量紫出紫外線外，還發(fā)出少量紫光和藍(lán)光光和藍(lán)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，也叫波長比紫外線更短的光叫做倫琴射線，也叫X X射線射線. .是德國物理學(xué)家倫琴在是德國物理學(xué)家倫琴在18951895年發(fā)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn)的他的穿透能力很強(qiáng)，能使包在黑紙里的照的他的穿透能力很強(qiáng)，能使包在黑紙里的照像底片感光，下圖是產(chǎn)生像底片感光，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是陽極是陽極（也叫對陰極）（也叫對陰極） 此外還有比倫琴射線波長此外還有比倫琴射線波長更短的電磁波，那就是更短的電磁波，那就

18、是射線，射線，我們將在以后學(xué)習(xí)我們將在以后學(xué)習(xí)電磁波譜電磁波譜波長短波長長頻率高頻率低 按頻率由小到大（波長由大到?。┡帕行伟搭l率由小到大（波長由大到小）排列形成的電磁波譜是：無線電波、紅外線、可見光、成的電磁波譜是：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、紫外線、倫琴射線、射線射線 這些頻率不同的電磁波本質(zhì)是相同的它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，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)用上也有所不同的特性在觀察方法和應(yīng)用上也有所不同 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) 1

19、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 無線電波是振蕩電路中自由電子作周期性無線電波是振蕩電路中自由電子作周期性的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的 紅外線、可見光、紫外線是原子外層電子紅外線、可見光、紫外線是原子外層電子受激發(fā)產(chǎn)生的受激發(fā)產(chǎn)生的 倫琴射線是原子內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)生的倫琴射線是原子內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)生的 射線是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的射線是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的關(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) 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(jìn)行紅外線遙感；來加熱物體和進(jìn)行紅外線遙感； 紫外線主要作用是化學(xué)作用，可用來殺菌和紫外線主要作用是化學(xué)作用，可用來殺菌和消毒；消毒； 倫琴射線有較強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，利用其穿透本倫琴射線有較強(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)行對人體的透視和檢領(lǐng)與物質(zhì)的密度有關(guān)，進(jìn)行對人體的透視和檢查部件的缺陷；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)等領(lǐng)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，測厚或用域有廣泛的應(yīng)用，如探傷，測厚或用刀進(jìn)行刀進(jìn)行手術(shù)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) 利用紅外線