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思考题1、麦克斯韦是哪个国家的?在光的电磁学说方面,他做了什么工作?2、赫兹对人类最伟大的贡献是什么?3、红外线是谁发现的?红外线最显著的作用是什么？4、紫外线是谁发现的?紫外线的主要作用是什么？5、伦琴射线也叫什么？它有何特征？一.光的电磁学说1845年，英国实验物理学家法拉第(M·Faraday,1791-1867)发现了光的偏振面在磁场中旋转的现象，从而揭示了光与电磁的内在联系．1856年，德国物理学家韦伯（W·Weber，1864-1891）和柯尔劳斯（Kohlerausch,1809-1856）发现了电荷的电磁单位和静电单位的比值等于光在真空中的传播速度．这表明光学的研究必须与其他现象联系起来考虑．1865年，英国物理学家麦克斯韦发表了题为《电磁场的动力理论》的论文，他用数学的方法从理论上严格地推导出了电磁波的波动方程，预言了电磁波的存在，证明了电磁波是横波，计算了电磁波在真空中的传播速度跟实验测得的真空中的光速相同，其值为3.0×108米/秒.由此麦克斯韦得出结论:“光本身……乃是以波动形式在电磁场中按电磁规律传播的一种电磁振动”．麦克斯韦提出光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系．赫兹对人类最伟大的贡献是用实验证实了电磁波的存在．1878年夏天，亥姆霍兹向学生们提出了一个物理竞赛题目，要学生们用实验方法验证电磁波的存在，以验证麦克斯伟的理论．从那时起．赫兹就着手进行这一重大课题的研究．1886年10月，赫兹用放电线圈做火花放电实验，偶然发现近旁未闭合的绝缘线圈中有电火花跳过，便敏锐地想到这可能是电磁共振．由此开始直到1888年，赫兹集中力量持续进行了有关电磁波特性的多方面实验．首先，他反复改变导体的形状、介质的种类、放电线圈与感应线圈之间的距离等，终于确认了电磁波的存在．他用一个未闭合电路连接在感应圈上作发射器，近旁再放一未闭合的回路作探测器，当感应圈产生火花放电时，探测器气隙间便有火花跳过．1887年11月5日，赫兹在寄给亥姆霍兹一篇题为《论在绝缘体中电过程引起的感应现象》的论文中，总结了这个重要发现．接着，赫兹还通过实验确认了电磁波是横波，具有与光类似的特性，如也能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，测得电磁波的传播速度确实等于光速，从实验上证实了光是一种电磁波，同时也进一步证明了麦克斯韦的光的电磁说的正确性．二、电磁波谱电磁波里能够作用于人们眼睛并引起视觉的部分，只是一个很窄的波段，通常叫做可见光，可见光波的频率范围约为4×1014Hz～8×1014Hz．在可见光波范围外还存在着大量不能引起人的视觉的电磁波——红外线、紫外线和伦琴射线等．红外线1800年英国物理学家赫谢耳，用灵敏的温度计放在可见光谱的红光区外侧，那里已看不到有光照射温度计，可是温度计中的水银柱却升得更高．这说明这里有一种看不见的射线，它的波长比红光更长，后来就把这种射线叫做红外线．红外线最显著的作用是热作用．可以利用红外线来加热物体、烘干油漆和谷物以及进行医疗等．它的优点是能够使物体从内部发热，效率高，效果好．红外线的波长比红光还长，因此衍射现象比较显著，容易透过云雾烟尘，可以在军事上用于通信、定位、跟踪和夜间摄影等．红外线的波长范围约为7.7×10-7m～10-3m，频率约为3.9×1014Hz～3×1011Hz．由于一切物体，都在不停地辐射红外线，并且不同物体辐射的红外线的波长和强度不同，利用灵敏的红外线探测器接收物体发出的红外线，然后用电子仪器对接到的信号进行处理，就可以察知被测物体的特征，这种技术叫做红外线遥感技术，可以在飞机或卫星上勘测地热、寻找水源、监测森林火情、估计农作物的长势和收成、预报台风和寒潮等．紫外线紫外线是德国物理学家里特在1801年发现的．在可见光的紫光区外侧放一张照相底片，底片会感光，说明这里也有一种看不见的光存在，波长比紫光还短，叫做紫外线．紫外线的主要作用是化学作用．紫外线还有很强的荧光效应，能使许多物质发出荧光，如日光灯和农业上引诱害虫用的黑光灯都是利用紫外线的这种性质而设计的．紫外线的波长范围为3.9×10-7m～5×10-9m，频率约为7.7×1014Hz～6×1016Hz．紫外线还有杀菌消毒作用，医院里常用紫外线来消毒病房和手术室．紫外线还能促使生理作用和治疗皮肤病、软骨病等．经常在矿井下劳动的工人，适当地照射紫外线，能促进身体健康．但过强的紫外线能伤害人的眼睛和皮肤，长时间照射紫外线会诱发皮肤癌．电焊弧光中有强烈的紫外线．因此电焊工在工作时要戴上防护眼镜，穿好工作服．地球大气层高处有一层臭氧层，它能阻挡太阳光中的大部分紫外线，是一层重要的保护屏障，而近年来制冷机中大量使用氟立昂，氟立昂泄露后会破坏臭氧层，从而造成极严重的后果，因此现在已经在限制并将最终禁止使用氟立昂，以保护环境．伦琴射线伦琴射线是比紫外线波长还短的一种电磁波，也叫X射线．伦琴射线的波长范围大约是10-7m～10-15m，频率范围是1015Hz～1023Hz，是德国物理学家伦琴在1895年发现的．用高速电子流射到任何固体上，都会产生一种看不见的射线，这种射线穿透本领很大，能使包在黑纸里的照相底片感光．由于当时不知道是什么射线，伦琴就把它叫做X射线．后来人们为了纪念伦琴，把这种射线叫做伦琴射线．伦琴射线管内抽成真空，气压约为10-5—10-3Pa，K是阴极，由钨制的灯丝组成，A是对阴极（阳极），是由钨或铂做成的倾斜靶面，通过变压器供给钨丝电压，使阴极发热，射出热电子，把管的阴阳两极接到几万伏的高压电源上，使钨丝射出的热电子在电场力作用下加速，以很大的速度射到对阴极的靶面上骤然停止，这时金属表面就会射出伦琴射线来．由于伦琴射线穿透本领跟物质的密度有关系，在工业上可以用它来检查金属工件内部有无砂眼、裂痕等，在医学上可用它来透视人体，检查体内的病变和骨折等情况．电磁波谱按频率由低到高（波长由长到短）将不同电磁波排成一列，其顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线，构成了非常广阔的电磁波谱．其频率范围自104～1019Hz，其中可见光的频率范围在3.9×1014Hz～7.5×1014Hz，如图所示．产生机理不同的电磁波产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的．总的来说，从无线电波到γ射线，共同的规律都是本质上相同的电磁波，但另一方面，由于它们的频率或波长不同而又产生不同的特征．例如，波长较长的无线电波，很容易表现出干涉、衍射等现象，但对波长越来越短的可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线，要观察到它们的干涉、衍射现象，就越来越困难．