高中物理 14.5《電磁波譜》課件 新人教版選修3-4.ppt

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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(jiǎn)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(shuō)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(shuō) 赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁本質(zhì) 光的電磁說(shuō)把光學(xué)和電學(xué)統(tǒng)一起來(lái)了 關(guān)于光的電磁說(shuō)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(zhǎng)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(shuō)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(shuō)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(wú)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(zhǎng)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(shuō)的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào) 1831 1879 英國(guó)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(ài)丁堡 1847年入愛(ài)丁堡大學(xué)聽(tīng)課 專(zhuān)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(shuō) 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?xún)?yōu)異成績(jī)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(guò)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(shū)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(shū)中的新穎見(jiàn)解所吸引 他敏銳地領(lǐng)會(huì)到了法拉第的 力線 和 場(chǎng) 的概念的重要性 他注意到全書(shū)竟然無(wú)一數(shù)學(xué)公式 說(shuō)明法拉第的學(xué)說(shuō)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(lái)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(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論 1865 1873 電磁理論 1831 1879 麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論從超距作用過(guò)渡到以場(chǎng)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(cè)出了實(shí)驗(yàn)中的電磁波頻率和波長(zhǎng) 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(shuō)的正確性 這樣麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論就把電 磁 光學(xué)規(guī)律統(tǒng)一起來(lái) 完成了人類(lèi)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(jué)的 只是一個(gè)很窄的波段 通常叫做可見(jiàn)光 其中波長(zhǎng)最短的是紫光 波長(zhǎng)約為400nm波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是紅光 波長(zhǎng)約770nm 波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光不能引起視覺(jué) 叫做紅外線 紅外線的波長(zhǎng)范圍很寬 約為770nm 106nm 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(zhǎng)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(cè)器接收物體發(fā)出的紅外線 用電子儀器對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行處理 就可以知道被測(cè)物體的信息 紅外線主要作用是熱作用 可以利用紅外線來(lái)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(jiàn)的 紅外線感應(yīng)防盜報(bào)警器它是將紅外線遙感探測(cè)技術(shù)和無(wú)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(cè)范圍時(shí) 它就會(huì)發(fā)出警報(bào)聲 直到人離開(kāi)才停止 紅外線反射型檢測(cè)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(hào)放大與處理電路 能夠以非接觸的形式檢測(cè)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(cè) 報(bào)警和控制等裝置中 如 光電計(jì)數(shù)器 接近式照明開(kāi)關(guān) 自動(dòng)干手器 自控水龍頭 感應(yīng)門(mén)鈴 倒車(chē)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(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng) 根據(jù)紅外輻射的測(cè)量原理 由一個(gè)濾鏡和紅外探測(cè)器 熱電偶堆 組成 使用時(shí)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)物體 能測(cè)量物體的溫度 紫外線 紫外線也是不可見(jiàn)光 他的波長(zhǎng)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(jiàn)光 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?xún)和?jīng)常曬太陽(yáng)能夠預(yù)防缺鈣引起的佝僂病 但是過(guò)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(huà)面上可以清晰的看到錢(qián)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(lái)是淡藍(lán)色的 這不是紫外線 紫外線看不見(jiàn) 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(zhǎng)比紫外線更短的光叫做倫琴射線 也叫X射線 是德國(guó)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(yáng)極 也叫對(duì)陰極 此外還有比倫琴射線波長(zhǎng)更短的電磁波 那就是 射線 我們將在以后學(xué)習(xí) 按頻率由小到大 波長(zhǎng)由大到小 排列形成的電磁波譜是 無(wú)線電波 紅外線 可見(jiàn)光 紫外線 倫琴射線 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(wú)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(jiàn)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 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(zhǎng) 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(lái)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(lái)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(duì)人體的透視和檢查部件的缺陷 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(cè)厚或用 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(cè)人體的健康狀態(tài) 本圖片是人體的背部熱圖 透過(guò)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(huà)上炭筆初稿稿及已往曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)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(jiàn) 行星狀星云NGC7027的紅外線照片 返回