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第十四章 電磁波,第五節(jié) 電磁波譜,一、麥克斯韋簡介,三、電磁波譜,紅外線,紫外線,倫琴射線,,二、各種電磁波,,光的干涉現(xiàn)象,光的衍射現(xiàn)象,光是一種波,19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？還是像聲波呢？,,19世紀(jì)60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播速度應(yīng)為：,,光是一種電磁波,1、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，提出了光是一種電磁波的假說． 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．,關(guān)于光的電磁說的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào),2、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)中波速不同． 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，波速越小．,關(guān)于光的電磁說的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào),3、電磁波與機(jī)械波的比較: 共同點(diǎn)： 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； 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、電磁波與機(jī)械波的比較: 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，也可以在介質(zhì)中傳播． 電磁波在真空中傳播的速度均為3.0×108m／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),（1831－1879），英國物理學(xué)家,經(jīng)典電磁理論的奠基人.1831年6月13日出生于愛丁堡．1847年入愛丁堡大學(xué)聽課，專攻數(shù)學(xué)．他很重視實(shí)驗(yàn)，涉獵電化學(xué)、光學(xué)、分子物理學(xué)以及機(jī)械工程等等．他說：“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(shí)，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(shí)更加堅(jiān)實(shí)、有益而牢固．”,麥克斯韋,1850年考入劍橋大學(xué)， 1854年以優(yōu)異成績畢業(yè)并 獲得了學(xué)位，留校工 作．1856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1874年．經(jīng)法拉第舉薦，自1860年起任倫敦皇家學(xué)院的物理學(xué)和天文學(xué)教授．1871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)辦卡文迪什實(shí)驗(yàn)室并擔(dān)任第一任負(fù)責(zé)人．1879年11月5日麥克斯韋因患癌癥在劍橋逝世，終年僅48歲．,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)到了法拉第的“力線”和“場”的概念的重要性．他注意到全書竟然無一數(shù)學(xué)公式，說明法拉第的學(xué)說還缺乏嚴(yán)密的理論形式．在老師威廉·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．,麥克斯韋,,,,1855～1856,《論法拉第力線》,,1861～1862,《論物理力線》,,1865,《電磁場的動(dòng)力學(xué)理論》,,1865～1873,《電磁理論》,（1831－1879）,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(shí)的一個(gè)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．,1886～1888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，完成了人類認(rèn)識(shí)史上的一次“大綜合”．,紅外線,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。其中波長最短的是紫光，波長約為400nm波長最長的是紅光，波長約770nm. 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. 約為 770nm～106 nm．,紅外線,一切物體,都在輻射紅外線. 物體溫度越高,輻射的紅外線越強(qiáng). 物體溫度越高,輻射的紅外線波長越短. 熱輻射----即紅外線輻射,熱傳遞方式之一,利用靈敏的紅外線探測器接收物體發(fā)出的紅外線，用電子儀器對收到的信號進(jìn)行處理，就可以知道被測物體的信息,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,,,,,,紅外線技術(shù)的應(yīng)用,,,注意: 烤箱中的紅光,不是紅外線,紅外線是看不見的.,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)碼遙控技術(shù)結(jié)合的高科技新型產(chǎn)品，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 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，可廣泛應(yīng)用于各種自動(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)，自動(dòng)干手器，自控 水龍頭，感應(yīng)門鈴，倒 車告警電路,紅外線水份計(jì) 利用紅外線照射加溫功能,使被測試樣本內(nèi)的水份蒸發(fā)散失,自動(dòng)換算其含水率,適用于各形式的產(chǎn)品水份測定, 依其功能特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----微量水份計(jì),紅外溫度變送器 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(熱電偶堆)組成。使用時(shí)對準(zhǔn)目標(biāo)物體，能測量物體的溫度,紫外線,紫外線也是不可見光，他的波長比紫光還短，大約為5nm～40nm．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． 紫外線可以促使人體合成維生素D，有助于人體對鈣的吸收，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)行消毒．,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幣上的防偽標(biāo)記,紫外線,注意: 消毒燈、驗(yàn)鈔機(jī)燈看起來是淡藍(lán)色的。這不是紫外線。紫外線看不見。消毒燈、驗(yàn)鈔機(jī)燈除發(fā)出紫外線外，還發(fā)出少量紫光和藍(lán)光,倫琴射線,波長比紫外線更短的光叫做倫琴射線，也叫X射線.是德國物理學(xué)家倫琴在1895年發(fā)現(xiàn)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X射線的裝置，叫做X射線管：,,,,1、K是陰極,,,,2、A是陽極 （也叫對陰極）,此外還有比倫琴射線波長更短的電磁波，那就是γ射線，我們將在以后學(xué)習(xí)．,按頻率由小到大（波長由大到?。┡帕行纬傻碾姶挪ㄗV是：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線． 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， 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．,關(guān)于電磁波譜的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào),1．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)的． γ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),2、頻率(波長)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，可用來殺菌和消毒； 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查部件的缺陷； γ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γ刀進(jìn)行手術(shù)．,關(guān)于電磁波譜的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào),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)不同顏色判斷病變區(qū)域．,,返回,紅外線檢視器是利用紅外線能穿透顏料的特性，揭示顏料層下隱藏的資料．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往曾經(jīng)進(jìn)行過的修復(fù)工作都能一一呈現(xiàn)于眼前．,,返回,紅外線衛(wèi)星云圖顯示一九九九年九月十六日臺(tái)風(fēng)約克于清晨靠近香港時(shí),中心的風(fēng)眼清晰可見 ．,行星狀星云NGC 7027的紅外線照片,返回,