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第二十一章光的波动性————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：sm1011.38光是一种电磁波≈光速返回目录光的电磁说1、麦克斯韦根据电磁理论，发现电磁波的波速与光速相同，提出了光是一种电磁波的假说．赫兹通过实验证实了光的电磁本质，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，波速起小．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3.0×108m／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．关于光的电磁说的几点强调返回目录麦克斯韦（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一生从事过多方面的物理学研究工作，最杰出的贡献是在经典电磁理论方面．在剑桥读书期间，麦克斯韦在读法拉第的《电学实验研究》时，被书中的新颖见解所吸引，他敏锐地领会到了法拉第的“力线”和“场”的概念的重要性．他注意到全书竟然无一数学公式，说明法拉第的学说还缺乏严密的理论形式．在老师威廉·汤姆孙的启发和帮助下，决心用自己的数学才能来弥补法拉第工作的这一缺陷．返回目录麦克斯韦1855～1856《论法拉第力线》这是麦克斯韦用数学工具表达法拉第学说的开端1861～1862《论物理力线》在这一文中的思想已经超过法拉第，不仅对各种电磁现象的联系，提供了统一的解释，而且挖掘出更深入的内在本质，这是麦克斯韦为电磁场理论建立迈出的关键性一步。1865《电磁场的动力学理论》在实验事实及动力学的基础上构筑了一座全新的电磁学理论大厦。1865～1873《电磁理论》被认为可以和牛顿的《自然哲学的数学原理》交相辉映．麦克斯韦的电磁理论成为经典物理学的重要支柱之一．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．1886～1888年间赫兹做了一系列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红外线在电磁波中，能够作用于人的眼睛并引起视觉的，只是一个很窄的波段，通常叫做可见光。其中波长最短的是紫光，波长约为400nm波长最长的是红光，波长约为770nm，波长更长的光不能引起视觉，叫做红外线，红外线的波长范围很宽，约为770nm～106nm．返回目录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光的电磁说紫外线紫外线也是不可见光，他的波长比紫光还短，大约为5nm～40nm．紫外线有荧光作用，有些物质受到紫外线照射时可以发出可见光．紫外线可以促使人体合成维生素D，有助于人体对钙的吸收，所以儿童经常晒太阳能够预防缺钙引起的佝偻病，但是过多的紫外线会使皮肤粗糙，甚至诱发皮肤癌．紫外线能够杀灭多种细菌，可以用紫外线进行消毒．注意：红外线与紫外线人眼都是看不到的返回目录光的电磁说紫外线画面上可以清晰的看到钱币上的防伪标记返回目录光的电磁说伦琴射线波长比紫外线更短的光叫做伦琴射线，也叫X射线是德国物理学家伦琴在1895年发现的．他的穿透能力很强，能使包在黑纸里的照像底片感光，下图是产生X射线的装置，叫做X射线管：1、K是阴极2、A是阳极（也叫对阴极）返回目录此外还有比伦琴射线波长更短的电磁波，那就是γ射线，我们将在以后学习．返回目录光的电磁说电磁波谱点击画面观看动画返回目录光的电磁说按频率由小到大（波长由大到小）排列形成的电磁波谱是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线．这些频率不同的电磁波本质是相同的．它们的行为服从共同的规律，但是他们产生的机理不同，因而具有不同的特性．在观察方法和应用上也有所不同．1．不同电磁波产生的机理无线电波是振荡电路中自由电子作周期性的运动产生的．红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发产生的．伦琴射线是原子内层电子受激发产生的．γ射线是原子核受激发产生的．2、频率（波长）不同的电磁波表现出作用不同．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；紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消毒；伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查部件的缺陷；γ射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域有广泛的应用，如探伤，测厚或用γ刀进行手术．关于电磁波谱的几点强调返回目录完中央电教馆资源中心制作高中物理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．返回行星状星云NGC7027的红外线照片返回