技術(shù)物理下冊(cè)（第三版）11-5 光的波動(dòng)性 電磁波譜學(xué)習(xí)課件

11-5

光的波動(dòng)性電磁波譜現(xiàn)象與思考光的干涉光的衍射光的電磁說光的偏振電磁波譜現(xiàn)象與思考

關(guān)于光的波動(dòng)性，幾百年來一直爭(zhēng)論不休。一種觀點(diǎn)認(rèn)為光具有波動(dòng)性，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為具有粒子性。那么，光到底是波還是粒子呢？這需要實(shí)驗(yàn)來證明。18世紀(jì)初，持波動(dòng)說的人們終于完成了一系列重要實(shí)驗(yàn)，使大家普遍接受了波動(dòng)說。一、光的干涉1.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)⑴實(shí)驗(yàn)裝置（圖11.5-1）

1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊用該裝置成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。圖11.5-1楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)

讓單色光照通過狹縫S，從S出來的線狀光束射到與S平行且等距的雙縫S1、S2上，穿過雙縫S1、S2后，就得到了兩個(gè)完全相同的線狀光源。⑵實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

在這兩束線狀光疊加的區(qū)域里放置屏幕，屏幕上會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的圖樣，它由明暗相間且等距的分布的條紋構(gòu)成。如圖11.5-2

所示。圖11.5-2雙縫干涉圖樣⑴概念2.光的干涉的知識(shí)點(diǎn)

當(dāng)兩列光波在空中相遇時(shí)，在不同的地點(diǎn)產(chǎn)生了穩(wěn)定的加強(qiáng)或減弱，在相遇空間形成明暗相間條紋的現(xiàn)象，稱為光的干涉。⑵光的干涉條件①光的頻率相同；②光的振動(dòng)方向相同；③光的相位差恒定。這樣的兩列光稱為相干光，相遇時(shí)才會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。⑶光的干涉現(xiàn)象，證實(shí)了光具有波動(dòng)性。3.光的干涉的應(yīng)用

利用光的干涉原理制成各種干涉儀器用于精密測(cè)量與檢驗(yàn)。如檢驗(yàn)工件的平整程度就常用干涉法。⑴裝置及原理單色光標(biāo)準(zhǔn)件被測(cè)平面薄片

在被檢查平面上放一透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，在一端墊一薄片，使二者之間形成一個(gè)楔關(guān)的空氣薄層。用單色光照射時(shí)，從空氣層上下兩個(gè)表面反射的光波產(chǎn)生干涉條紋。⑵檢測(cè)原理

用單色光照射時(shí)，從空氣層上下兩個(gè)表面反射的光波產(chǎn)生干涉條紋。①被測(cè)表面是平的，干涉條紋是一組平行直線。②被測(cè)表面不平，干涉條紋就會(huì)發(fā)生彎曲。③從干涉條紋的彎曲方向和程度可以判斷出被測(cè)物體表面凸或凹的情況，測(cè)量精度高達(dá)10-8m。被測(cè)平面是平的被測(cè)平面是不平的

二、光的衍射1.概念

光能夠進(jìn)入障礙物后面區(qū)域的現(xiàn)象稱為光的衍射，衍射時(shí)出現(xiàn)的明暗條紋或光環(huán)稱為衍射圖樣。2.光的衍射實(shí)驗(yàn)（圖11.5-3）圖11.5-3光的小孔衍射

用光照射帶有圓孔的遮光板，在其后面的屏幕上看到一個(gè)圓的亮點(diǎn)，縮小孔的大小，亮點(diǎn)的大小液隨之變小。當(dāng)通過的小孔縮小到一定程度時(shí)，在屏幕上出現(xiàn)的不再是圓形亮點(diǎn)，而是在中心亮點(diǎn)的周圍出現(xiàn)了許多明暗相同的同心圓環(huán)，其范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于孔的大小，超出了光的直線傳播范圍。2.光的衍射條件

光遇到大小可跟光的波長相比擬的障礙物或孔隙時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象。試一試：

要觀察光的衍射現(xiàn)象，也可以用一些簡(jiǎn)便的方法。例如：⑴瞇起眼睛透過睫毛的縫隙或通過手指間的縫隙看遠(yuǎn)方的光源。⑵把兩支鉛筆緊并在一起，與日光燈平行，從鉛筆中間的縫隙去看發(fā)光的日光燈。3.

光的衍射現(xiàn)象又一次證明光具有波動(dòng)性。

三、光的偏振光的干涉和衍射現(xiàn)象都說明光是一種波，但它是橫波還是橫波呢？我們用機(jī)械波來說明橫波和縱波的主要區(qū)別。1.

橫波和縱波的主要區(qū)別

如果在橫波傳播的方向上放一個(gè)帶有狹縫的板，當(dāng)狹縫的方向和繩的振動(dòng)方向相同時(shí)，繩上的波才能順利通過狹縫。如果狹縫的方向與振動(dòng)方向垂直，繩上的波就不能通過狹縫,這種現(xiàn)象稱為橫波的偏振。（如圖11.5-4所示）11.5-4橫波的偏振

⑴

橫波的偏振⑵縱波不發(fā)生偏振

縱波的振動(dòng)方向和傳播方向一致，不論狹縫方向如何都能通過狹縫。（如圖11.5-5所示）圖11.5-5縱波不發(fā)生偏振

2.光的偏振現(xiàn)象（圖11.5-6）

用偏振片A對(duì)著陽光或燈光，以入射光的方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)A片，會(huì)看到透過A的光強(qiáng)度并不隨A片的旋轉(zhuǎn)而改變。

把A固定，以入射光方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片B時(shí)，從B透射過來的光的強(qiáng)度發(fā)生周期性變化：當(dāng)B片轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，透射光最強(qiáng)，再由此位置轉(zhuǎn)過90°

，透射光最弱，幾乎看不見。圖11.5-6光的偏振

光發(fā)生了偏振，而光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波。

四、光的電磁說1.光的電磁說的提出

19世紀(jì)60年代，英國物理學(xué)家麥克斯韋指出光是一種電磁波，并且是橫波，它在真空中的傳播速度和光速c相同。2.光的電磁說的驗(yàn)證

19世紀(jì)80年代，德國物理學(xué)家赫茲，用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波跟光一樣，也具有反射、折射、干涉、衍射和偏振等特性，從而證明光是一種電磁波。

上述實(shí)驗(yàn)說明：五、電磁波譜（圖11.5-7）圖11.5-7電磁波譜㈠

無線電波1.波長范圍

波長大于1mm2.特性傳播過程中波動(dòng)性明顯3.應(yīng)用無線電技術(shù)

㈡

紅外線1.波長范圍

是一種光波，波長比無線電波短比可見光長，波長介于750nm～１×106nm。2.特性特性是熱作用。一切物體都在不停地輻射紅外線物體溫度越高,輻射的紅外線越強(qiáng)。3.應(yīng)用紅外加熱、紅外遙感技術(shù)、夜視儀等。紅外線烤箱紅外線感應(yīng)防盜報(bào)警器紅外線成像夜視鏡下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)紅外線測(cè)溫

紅外線遙感地圖㈢

可見光1.波長范圍400nm～700nm2.特性能作用于眼睛并引起視覺3.應(yīng)用照明、攝影等4.光的色散⑴復(fù)色光能夠分解為幾種顏色的光叫復(fù)色光。⑵

單色光不能再分解的光叫復(fù)色光。⑶光的色散（圖11.5-8）由復(fù)色光分解成單色光的現(xiàn)象稱為光的色散。

從圖上可以看出，發(fā)生色散時(shí)，偏折最小的是紅光，偏折最大是紫光。這是因?yàn)槔忡R對(duì)各單色光有不同的折射率，對(duì)紫光的折射率最大，對(duì)紅光的折射率最小。圖11.5-8光的色散注：光的顏色與頻率有關(guān)㈣

紫外線1.波長范圍

紫外線的波長比紫光更短，高溫物體發(fā)出的

光都含有紫外線。2.特性

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。紫外線還具有較強(qiáng)的生理作用，它能使細(xì)胞脫水，達(dá)到殺菌清毒的目的。

3.紫外線應(yīng)用與預(yù)防

陽光中含有大量的紫外線，人體適當(dāng)照射陽光對(duì)健康有益，紫外線可以促使人體合成維生素D，有助于人體對(duì)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。利用紫外線的熒光作用驗(yàn)鈔紫外線殺菌燈防紫外線雨傘㈤

X射線和γ射線1.波長范圍2.發(fā)現(xiàn)3.特性X射線：10－8m~10－12mγ射線：小于10－10m

X射線由德國物理學(xué)家倫琴1895年發(fā)現(xiàn)，因而又名倫琴射線。穿透能力很強(qiáng)4.

應(yīng)用手的X光片倫琴①X射線的應(yīng)用在工業(yè)上可用于檢查金屬內(nèi)部的砂眼、裂縫等；在醫(yī)學(xué)上常用作人體透視或拍攝人體內(nèi)部組織的照片。②γ射線的應(yīng)用在工業(yè)上常用來探傷，穿透能力高于X射線；醫(yī)療上要用來治療某些癌癥、切除腫瘤；農(nóng)業(yè)可用來照射種子育種，還可消滅或抑制農(nóng)作物害蟲的生長。㈥關(guān)于電磁波譜的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào)

1.

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．波長變短，頻率變大它們的能量越來越大，對(duì)物體的穿透本領(lǐng)逐漸提高。

2.

每種元素的原子只能發(fā)射或吸收具有其特征的某些波長的光，這些光組成的光譜線就成為識(shí)別各種元素的標(biāo)志，稱為特征譜線或標(biāo)識(shí)譜線。

3.

各元素特征譜線的強(qiáng)弱，還可以反映出該元素含量的多少。

4.

利用光譜來確定物質(zhì)化學(xué)成分及含量多昨的方法稱為光譜分析。

光譜分析具有快速和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。如：分析鋼水的成分；檢測(cè)微量元素；檢查半導(dǎo)體材料的純度等。練習(xí)

1.什么是光的干涉和衍射現(xiàn)象？這些現(xiàn)象說明了光的什么特性？

答：當(dāng)兩列光波在空中相遇時(shí)，在不同的地點(diǎn)產(chǎn)生了穩(wěn)定的加強(qiáng)或減弱，在相遇空間形成明暗相間條紋的現(xiàn)象，稱為光的干涉。光能夠進(jìn)入障礙物后面區(qū)域的現(xiàn)象稱為光的衍射。這些現(xiàn)象說明了光有波動(dòng)性。

2.為什么肥皂泡在太陽光的照射下呈現(xiàn)出各種顏色？

答：這是因?yàn)橐涣泄庠诮?jīng)過透明薄層上下兩個(gè)面反射時(shí)，形成了兩列相干光，它們相互疊加產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象。3.光的偏振現(xiàn)象說明了什么？答：光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波。

5.電磁波類似一個(gè)龐大的家族，把它們按照______大小排列起來就成為電磁波譜。電磁波中波長最短的是_____，人們最敏感的光是______。頻率γ射線可見光

4.

光的顏色是頻率決定的，光在不同介質(zhì)中傳播速度不