1、光的电磁理论光的电磁理论电磁波谱电磁波谱 一、光的电磁理论一、光的电磁理论光的干涉、衍射和偏振现象都证明光的干涉、衍射和偏振现象都证明光是一种波，到光是一种波，到19世纪中期，光的波动世纪中期，光的波动说已经得到公认，但光的本质问题仍然说已经得到公认，但光的本质问题仍然没有解决。没有解决。19世纪世纪60年代，英国物理学年代，英国物理学家麦克斯韦提出了电磁场理论，预言了家麦克斯韦提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，并从理论上演绎出电磁电磁波的存在，并从理论上演绎出电磁波的传播速度跟光速相同。在此基础上，波的传播速度跟光速相同。在此基础上，麦克斯韦提出：光是一种电磁波。这就麦克斯韦提出：光是一
2、种电磁波。这就是光的电磁理论。是光的电磁理论。麦 克 斯 韦麦 克 斯 韦1888年，德国物理学家赫兹用年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，并且证实验证实了电磁波的存在，并且证明了电磁波也跟光波一样具有反射、明了电磁波也跟光波一样具有反射、折射、干涉、衍射等现象。他还测折射、干涉、衍射等现象。他还测出了一定频率的电磁波的波长，计出了一定频率的电磁波的波长，计算出了电磁波的波速，其结果跟麦算出了电磁波的波速，其结果跟麦克斯韦关于电磁波的波速等于光速克斯韦关于电磁波的波速等于光速的预言一致，从而给麦克斯韦的光的预言一致，从而给麦克斯韦的光的电磁场理论以有力的实验证明。的电磁场理论以有力的
3、实验证明。赫兹赫兹 光的色散表明，白光是一种复色光，它是由各单色光光的色散表明，白光是一种复色光，它是由各单色光组合而成的。不能发生色散的光叫做组合而成的。不能发生色散的光叫做单色光单色光。能引起视觉的光叫做能引起视觉的光叫做可见光可见光。1.可见可见光光 白光通过棱镜的色散白光通过棱镜的色散 由复色光分解成单色光的现象称为由复色光分解成单色光的现象称为光的色散光的色散。经测定，在可见光区域，紫光的传播速度最小，折经测定，在可见光区域，紫光的传播速度最小，折射率最大，偏折最大；红光的传播速度最大，折射率最射率最大，偏折最大；红光的传播速度最大，折射率最小，偏折最小。白光经过三棱镜折射后会形成红
4、、橙、小，偏折最小。白光经过三棱镜折射后会形成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光带称为黄、绿、蓝、靛、紫七色光带称为可见光谱可见光谱。可可 见见 光光 谱谱 光的波动理论指出，光的颜色是由它的频率决定的。光的波动理论指出，光的颜色是由它的频率决定的。2.红外线红外线红外线位于光谱中红光以外的区域红外线位于光谱中红光以外的区域,波长比红光长。波长比红光长。红外线具有显著的热效应，可以用来加热物体，烘干油漆红外线具有显著的热效应，可以用来加热物体，烘干油漆和谷物以及用于医疗等。红外线的波长较长，容易透过云和谷物以及用于医疗等。红外线的波长较长，容易透过云雾烟尘，所以可利用对红外线敏感的底片进行远距离
5、摄影雾烟尘，所以可利用对红外线敏感的底片进行远距离摄影和高空摄影。和高空摄影。一切物体，包括大地、人体、飞机和车船都在辐射红一切物体，包括大地、人体、飞机和车船都在辐射红外线，利用灵敏的红外线探测器接收物体所发出的红外线，外线，利用灵敏的红外线探测器接收物体所发出的红外线，再经过处理，就可以判断被探测物体的特征。这种技术称再经过处理，就可以判断被探测物体的特征。这种技术称为为红外线遥感红外线遥感。它被广泛应用在勘测、寻找水源、监测森。它被广泛应用在勘测、寻找水源、监测森林火情以及农业、气象、军事、侦破等领域中。林火情以及农业、气象、军事、侦破等领域中。红外线应用实例红外线应用实例人体热成像图人
6、体热成像图卫卫 星星 云云 图图红外摄影图红外摄影图 红外制导导弹红外制导导弹 红外制导大多数是采用被动寻的制导红外制导大多数是采用被动寻的制导系统。红外制导的导弹在发射后利用目标本身的红外辐射系统。红外制导的导弹在发射后利用目标本身的红外辐射进行自动瞄准和跟踪，直至最后命中目标。目标的红外辐进行自动瞄准和跟踪，直至最后命中目标。目标的红外辐射主要来自其动力部分，如飞机与火箭的喷管、坦克的发射主要来自其动力部分，如飞机与火箭的喷管、坦克的发动机、舰船的锅炉及烟囱等。导弹的红外制导原理如图所动机、舰船的锅炉及烟囱等。导弹的红外制导原理如图所示。示。光学系统光学系统整流罩整流罩电子线路电子线路误差
7、鉴别装置误差鉴别装置飞行控制信号飞行控制信号 红外线夜间观察装置红外线夜间观察装置 广泛用于夜间军事活动中观察广泛用于夜间军事活动中观察目标和监视一定的重要区域等。使用目标和监视一定的重要区域等。使用600 W的红外探照灯的红外探照灯时，红外夜视仪可以探测时，红外夜视仪可以探测400 m远处的人、远处的人、600 m远处的吉远处的吉普车、普车、750 m远处的坦克。在港口用作监视船舶的夜视仪远处的坦克。在港口用作监视船舶的夜视仪可以探测到可以探测到1 60013 000 m的目标，而作机场信标探测用的的目标，而作机场信标探测用的红外夜视仪探测距离可以远达红外夜视仪探测距离可以远达16 000
8、m。红外瞄准装置红外瞄准装置,供步枪、机枪、火炮等夜间瞄准用，供步枪、机枪、火炮等夜间瞄准用，作用距离一般是作用距离一般是300500 m。红外驾驶仪，主要用于坦克、汽车驾驶员夜间行车，红外驾驶仪，主要用于坦克、汽车驾驶员夜间行车，作用距离是作用距离是50200 m。3.紫外线紫外线紫外线是德国物理学家里特紫外线是德国物理学家里特1801年发现的。紫外线位年发现的。紫外线位于光谱中紫光以外的区域于光谱中紫光以外的区域,波长比紫光短。一切高温物体波长比紫光短。一切高温物体,例如太阳、弧光灯等所发出的光都含有紫外线。利用气体例如太阳、弧光灯等所发出的光都含有紫外线。利用气体放电也可以激发紫外线。紫
9、外线具有化学作用，能使感光放电也可以激发紫外线。紫外线具有化学作用，能使感光纸感光，用紫外线照相可以辨认出细微差别，例如分辨指纸感光，用紫外线照相可以辨认出细微差别，例如分辨指纹等。紫外线能激发许多物质发出荧光。例如日光灯和农纹等。紫外线能激发许多物质发出荧光。例如日光灯和农业上诱杀害虫用的黑光灯，都是利用紫外线来激发荧光使业上诱杀害虫用的黑光灯，都是利用紫外线来激发荧光使其发光的。紫外线还具有杀菌作用，还能促进生理作用和其发光的。紫外线还具有杀菌作用，还能促进生理作用和治疗保健事业中。但过强的紫外线能伤害人的眼睛和皮肤，治疗保健事业中。但过强的紫外线能伤害人的眼睛和皮肤，在进行电焊时要穿工作
10、服、带防护面具，以防止电焊弧光在进行电焊时要穿工作服、带防护面具，以防止电焊弧光中强烈的紫外线的照射。中强烈的紫外线的照射。紫外线应用实例紫外线应用实例紫外灯管紫外灯管纸币上的防伪数字在紫外灯纸币上的防伪数字在紫外灯的照射下显示出来的照射下显示出来 4.伦琴伦琴 射线射线德国物理学家伦琴在德国物理学家伦琴在1895年发现了波长比紫外线还短年发现了波长比紫外线还短的一种电磁波，称为的一种电磁波，称为X射线射线。X射线具有很强的穿透本领，射线具有很强的穿透本领，能使包在黑纸里的照相底片感光。在工业上，常利用它检能使包在黑纸里的照相底片感光。在工业上，常利用它检查金属部件，在医学上，利用它的透视人体
11、、拍摄照片，查金属部件，在医学上，利用它的透视人体、拍摄照片，以检查病变、骨折等情况。以检查病变、骨折等情况。人体骨骼的人体骨骼的X光照片光照片伦伦 琴琴 二、电磁波谱二、电磁波谱可见光、红外线、紫外线、可见光、红外线、紫外线、X 射线、射线、射线都是电磁射线都是电磁波，它们与无线电波在本质上是相同的，只是由于频率的波，它们与无线电波在本质上是相同的，只是由于频率的变化，引起了质变，使它们具有了不同的特性。电磁波的变化，引起了质变，使它们具有了不同的特性。电磁波的频率范围约从频率范围约从104 Hz 到到1025 Hz，它们在真空中的波长是，它们在真空中的波长是 310431017 m 左右。
12、左右。电磁波按其性质的不同一般可分为六个主要区域，分电磁波按其性质的不同一般可分为六个主要区域，分别是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、别是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线、射线。射线。电电 磁磁 波波 谱谱10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-141012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022/m 3104/Hz 104无线电波无线电波红外线红外线紫外线紫外线X射线射线 射线射线可见光可见光 练练 习习 1.为什么说光是一种电磁波？为什么说光是一种电磁波？2.红外线、紫外线、红外线、紫外线、X射线各有什么显著的性质和应射线各有什么显著的性质和应用？用？3.电磁波谱分哪些主要区域？电磁波谱分哪些主要区域？
