一、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用学统一起来了.
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被派的频率;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.
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.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.
1800年英国物理学家赫谢耳,用灵敏的温度计在可见;光谱红光区外侧,发现有显著的热作用存在,这说明这里有一种看不见的光线,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,所以,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.
电熨斗 人体背部热图
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.
红外线检视器检测油画
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.
2、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照射到地球上,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.
验钞机
3、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.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.
此外,还有比伦琴射线波长更短的电磁波,那就是放射性元素放出的γ射线,我们将在后面学习.
4、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.
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,都是本质上相同的电磁波,它们的行为服从共同的规律.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.