四光的電磁學(xué)說

1、光的電磁學(xué)說一、光的電磁學(xué)說二、電磁波譜1思考題1、麥克斯韋是哪個(gè)國家的?在光的電磁學(xué)說方面,他做了什么工作?2、赫茲對(duì)人類最偉大的貢獻(xiàn)是什么?3、紅外線是誰發(fā)現(xiàn)的?紅外線最顯著的作用是什么？4、紫外線是誰發(fā)現(xiàn)的? 紫外線的主要作用是什么？5、倫琴射線也叫什么？它有何特征？2一.光的電磁學(xué)說 1845年，英國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家法拉第(MFaraday,1791-1867)發(fā)現(xiàn)了光的偏振面在磁場中旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，從而揭示了光與電磁的內(nèi)在聯(lián)系 1856年，德國物理學(xué)家韋伯（WWeber，1864-1891）和柯爾勞斯（Kohlerausch,1809-1856）發(fā)現(xiàn)了電荷的電磁單位和靜電單位的比值等于光在真

2、空中的傳播速度這表明光學(xué)的研究必須與其他現(xiàn)象聯(lián)系起來考慮3 1865年，英國物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表了題為電磁場的動(dòng)力理論的論文，他用數(shù)學(xué)的方法從理論上嚴(yán)格地推導(dǎo)出了電磁波的波動(dòng)方程，預(yù)言了電磁波的存在，證明了電磁波是橫波，計(jì)算了電磁波在真空中的傳播速度跟實(shí)驗(yàn)測得的真空中的光速相同，其值為3.0108米/秒.由此麥克斯韋得出結(jié)論:“光本身乃是以波動(dòng)形式在電磁場中按電磁規(guī)律傳播的一種電磁振動(dòng)”麥克斯韋提出光是電磁波的一種形式，揭示了光現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系 4赫茲對(duì)人類最偉大的貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在 1878年夏天，亥姆霍茲向?qū)W生們提出了一個(gè)物理競賽題目，要學(xué)生們用實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證電磁波的存在

3、，以驗(yàn)證麥克斯偉的理論從那時(shí)起赫茲就著手進(jìn)行這一重大課題的研究 5 1886年10月，赫茲用放電線圈做火花放電實(shí)驗(yàn)，偶然發(fā)現(xiàn)近旁未閉合的絕緣線圈中有電火花跳過，便敏銳地想到這可能是電磁共振由此開始直到1888年，赫茲集中力量持續(xù)進(jìn)行了有關(guān)電磁波特性的多方面實(shí)驗(yàn)首先，他反復(fù)改變導(dǎo)體的形狀、介質(zhì)的種類、放電線圈與感應(yīng)線圈之間的距離等，終于確認(rèn)了電磁波的存在他用一個(gè)未閉合電路連接在感應(yīng)圈上作發(fā)射器，近旁再放一未閉合的回路作探測器，當(dāng)感應(yīng)圈產(chǎn)生火花放電時(shí)，探測器氣隙間便有火花跳過6 1887年11月5日，赫茲在寄給亥姆霍茲一篇題為論在絕緣體中電過程引起的感應(yīng)現(xiàn)象的論文中， 總結(jié)了這個(gè)重要發(fā)現(xiàn)接著，赫茲

4、還通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了電磁波是橫波，具有與光類似的特性，如也能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象，測得電磁波的傳播速度確實(shí)等于光速，從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了光是一種電磁波，同時(shí)也進(jìn)一步證明了麥克斯韋的光的電磁說的正確性7二、電磁波譜 電磁波里能夠作用于人們眼睛并引起視覺的部分，只是一個(gè)很窄的波段，通常叫做可見光，可見光波的頻率范圍約為41014Hz81014Hz 在可見光波范圍外還存在著大量不能引起人的視覺的電磁波紅外線、紫外線和倫琴射線等 8紅外線 1800年英國物理學(xué)家赫謝耳，用靈敏的溫度計(jì)放在可見光譜的紅光區(qū)外側(cè)，那里已看不到有光照射溫度計(jì)，可是溫度計(jì)中的水銀柱卻升得更高這說明這里有一種看不見的射線，它的

5、波長比紅光更長，后來就把這種射線叫做紅外線紅外線最顯著的作用是熱作用9可以利用紅外線來加熱物體、烘干油漆和谷物以及進(jìn)行醫(yī)療等 它的優(yōu)點(diǎn)是能夠使物體從內(nèi)部發(fā)熱，效率高，效果好紅外線的波長比紅光還長，因此衍射現(xiàn)象比較顯著，容易透過云霧煙塵，可以在軍事上用于通信、定位、跟蹤和夜間攝影等 紅外線的波長范圍約為7.710-7m10-3m，頻率約為3.91014Hz31011Hz 10 由于一切物體，都在不停地輻射紅外線，并且不同物體輻射的紅外線的波長和強(qiáng)度不同，利用靈敏的紅外線探測器接收物體發(fā)出的紅外線，然后用電子儀器對(duì)接到的信號(hào)進(jìn)行處理，就可以察知被測物體的特征，這種技術(shù)叫做紅外線遙感技術(shù)，可以在飛機(jī)

6、或衛(wèi)星上勘測地?zé)?、尋找水源、監(jiān)測森林火情、估計(jì)農(nóng)作物的長勢和收成、預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)和寒潮等 11紫外線 紫外線是德國物理學(xué)家里特在1801年發(fā)現(xiàn)的在可見光的紫光區(qū)外側(cè)放一張照相底片，底片會(huì)感光，說明這里也有一種看不見的光存在，波長比紫光還短，叫做紫外線紫外線的主要作用是化學(xué)作用紫外線還有很強(qiáng)的熒光效應(yīng)，能使許多物質(zhì)發(fā)出熒光，如日光燈和農(nóng)業(yè)上引誘害蟲用的黑光燈都是利用紫外線的這種性質(zhì)而設(shè)計(jì)的 12 紫外線的波長范圍為3.910-7m510-9m，頻率約為7.71014Hz61016Hz 紫外線還有殺菌消毒作用，醫(yī)院里常用紫外線來消毒病房和手術(shù)室紫外線還能促使生理作用和治療皮膚病、軟骨病等經(jīng)常在礦井下勞動(dòng)

7、的工人，適當(dāng)?shù)卣丈渥贤饩€，能促進(jìn)身體健康但過強(qiáng)的紫外線能傷害人的眼睛和皮膚，長時(shí)間照射紫外線會(huì)誘發(fā)皮膚癌電焊弧光中有強(qiáng)烈的紫外線13 因此電焊工在工作時(shí)要戴上防護(hù)眼鏡，穿好工作服地球大氣層高處有一層臭氧層，它能阻擋太陽光中的大部分紫外線，是一層重要的保護(hù)屏障，而近年來制冷機(jī)中大量使用氟立昂，氟立昂泄露后會(huì)破壞臭氧層，從而造成極嚴(yán)重的后果，因此現(xiàn)在已經(jīng)在限制并將最終禁止使用氟立昂，以保護(hù)環(huán)境14倫琴射線 倫琴射線是比紫外線波長還短的一種電磁波，也叫X射線倫琴射線的波長范圍大約是10-7m10-15m，頻率范圍是1015Hz1023Hz，是德國物理學(xué)家倫琴在1895年發(fā)現(xiàn)的用高速電子流射到任何固體

8、上，都會(huì)產(chǎn)生一種看不見的射線，這種射線穿透本領(lǐng)很大，能使包在黑紙里的照相底片感光由于當(dāng)時(shí)不知道是什么射線，倫琴就把它叫做X射線15 后來人們?yōu)榱思o(jì)念倫琴，把這種射線叫做倫琴射線倫琴射線管內(nèi)抽成真空，氣壓約為10-510-3 Pa，K是陰極，由鎢制的燈絲組成，A是對(duì)陰極（陽極），是由鎢或鉑做成的傾斜靶面，通過變壓器供給鎢絲電壓，使陰極發(fā)熱，射出熱電子，把管的陰陽兩極接到幾萬伏的高壓電源上，使鎢絲射出的熱電子在電場力作用下加速，以很大的速16度射到對(duì)陰極的靶面上驟然停止，這時(shí)金屬表面就會(huì)射出倫琴射線來由于倫琴射線穿透本領(lǐng)跟物質(zhì)的密度有關(guān)系，在工業(yè)上可以用它來檢查金屬工件內(nèi)部有無砂眼、裂痕等，在醫(yī)學(xué)上可用它來透視人體，檢查體內(nèi)的病變和骨折等情況 17電磁波譜 按頻率由低到高（波長由長到短）將不同電磁波排成一列，其順序?yàn)闊o線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、射線，構(gòu)成了非常廣闊的電磁波譜其頻率范圍自1041019Hz，其中可見光的頻率范圍在3.91014Hz7.51014Hz，如圖所示1819產(chǎn)生機(jī)理 不同的電磁波產(chǎn)生的機(jī)理不同，無線電波是振蕩電路中自由電子周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的；紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；倫琴射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生