光的电磁说—电磁波谱课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,11.7 光的电磁说,电磁波谱,1,1.电磁波和机械波的的区别与联系何在？,机械波产生于波源的机械振动 而电磁波是电磁振荡产生的 所以他们传播的能量分别为机械能 和 电磁能 最后 机械波传播需要介质 而电磁波不需要 或者说人类至今还没有发现这种介质,机械波很多，比如声波,电磁波也很多，比如：无线电波、可见光、红外线、激光等等,2,对于电磁波及机械波的区别，估计大家已经了解了.可是，光究竟是机械波还是电磁波呢？,19世纪初，光的波动说获得很大成功，逐渐得到人们公认。,但是当时人们把光波看成象机械波，需要有传播的媒介，曾假设在宇宙空间充满一种特殊物质“以太”。而且，“以太”应具有以下性质：一是有很大的弹性（甚至象钢一样），二是有极小的密度（比空气要稀薄得多以至我们根本不能用实验探测它的存在）。这种神秘的“以太”存在吗？这个问题到目前为止，甚至还在小范围的争执之中。但是，各种证明“以太”存在的实验都被认为是失败的，这就使光的机械波学说陷入了困境。,而且，有一些新的事实促使人们去进一步探索光的本性的神秘面纱：1862年法拉第做了最后一次实验，试图发现磁场对放在磁场内的光源发出的光线的影响，但结果是否定的，因为他用的仪器还不够灵敏，不能探测到这种微细的效应。三十年后，当时还是青年的塞曼，从阅读法拉第的实验计划受到启发，他用更精密的仪器重新做实验，发现了塞曼效应。这个实验既对原子物理的研究有着重要的贡献，同时也证明了光具有电磁本性。,3,19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出电磁场的理论，预见了电磁波的存在，并提出电磁波是横波，传播的速度等于光速，根据它跟光波的这些相似性，指出“光波是一种电磁波”光的电磁说。,1886-1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在，测得它传播的速度等于光速，与麦克斯韦的预言符合得相当好，证实了光的电磁说是正确的。,而且，光作为一种电磁波，具有电磁波的共性：,1、同种均匀介质中匀速传播=v/f；,2、从一种介质到另一种介质，波的频率不变、波速&波长改变,4,光作为一种电磁波，它的频率范围是3.910147.51014Hz，（在真空中的）波长范围是7.701074.00107m,.,太阳光（亦或是可见光）是属于电磁波的（见下图）,电磁波谱,5,6,能引起视觉的光就是,可见光.,可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围,可见光是电磁波谱的一小部分，白光经过三棱镜折射后会形成按一定顺序排列的彩色光带，这种现象呗称之为光的色散。,它所散发出的七色彩带成为可见光谱,光的色散现象证明了白光是由各种颜色的光复合而成的，不能发生色散的光，称为单色光。光的波理论指出，光的颜色是由它的频率决定的,同一介质，不同颜色的光的偏折程度是不同的。红光的最小，紫光的最大,可见光,7,仔细看上面的图的话，可以发现可见光的两端好像消失一般.那么，既然紫光红光的右（左）边是模糊消失的，那么，在那个似有似无的区域，是不是存在着我们肉眼看不见，但用一起可以探测的射线？,这里的话，应该有人已经猜出了这两条射线的名称了吧！,没错，这两条线就是生活中极为常见的红外线和紫外线了,8,红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒界。,近红外线或称短波红外线，波长0.761.5微米，穿入人体组织较深,约510毫米；远红外线或称长波红外线，波长1.5400微米，多被表层皮肤吸收，穿透组织深度小于2毫米。,红外线,infrared ray,9,红外线可分为三部分，即近红外线，波长为(0.75-1)(2.5-3)m之间；中红外线，波长为(2.5-3)(25-40)m之间；远红外线，波长为(25-40)l000m 之间。,红外线的物理特性：热效应,一切物体都在不停的辐射红外线。物体的温度越高，辐射的红外线就越多。,红外线的应用,：生活中高温杀菌，红外线夜视仪，监控设备，手机的红外口，宾馆的房门卡，汽车、电视机的遥控器、洗手池的红外感应，饭店门前的感应门,10,利用灵敏的红外线探测器接收物体发出的红外线，用电子仪器对收到的信号进行处理，就可以知道被测物体的信息,红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感,红外线技术的应用,11,利用红外线检测人体的健康状态，本图片是人体的背部热图，透过图片可以根据不同颜色判断病变区域,12,红外线检视器是利用红外线能穿透颜料的特性，揭示顏料层下隐藏的资料利用红外线发射器、接收器及屏幕显示器，油画上炭笔初稿稿及已往曾经进行过的修复工作都能一一呈现于眼前,13,红外线卫星云图显示一九九九年九月十六日台风约克于清晨靠近香港时,中心的风眼清晰可见,14,从红外线的存在受到启发，人们想到了在紫光范围外是否也有看不见的线呢？,1801年德国物理学家里特发现在日光光谱的紫端外侧一段能够使含有溴化银的照相底片感光，因而发现了紫外线的存在。,自然界的主要紫外线光源是太阳。太阳光透过大气层时波长短于29010-9米的紫外线为大气层中的臭氧吸收掉。人工的紫外线光源有多种气体的电弧(如低压汞弧、高压汞弧)，紫外线有化学作用能使照相底片感光，荧光作用强，紫外线还可以防伪。紫外线还有生理作用，能杀菌、消毒、治疗皮肤病和软骨病等。紫外线的粒子性较强，能使各种金属产生光电效应。,波长在5nm400nm的电磁波，波长比紫光的短，它在紫光的右边。,紫外线,ultraviolet ray,15,特点:,化学作用、荧光作用、杀菌消毒作用,紫外线最为显著的性质就是荧光作用强,.,在它的照射下，有些物质会发出可见光，叫做荧光,荧光作用强，,日光灯,、各种,荧光灯,和农业上用来诱杀害虫的,黑光灯,都是用紫外线激发荧光物质发光的。,能合成维生素,D,，有助于促进钙的吸引,16,紫外线,防伪标记,17,比紫外线频率更高的电磁波的是X射线,伦琴射线发现,X射线的特征是波长非常短，频率很高，其波长约为（200.06）10-8厘米之间。因此X射线必定是由于原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。所以X射线光谱是原子中最靠内层的电子跃迁时发出来的，而光学光谱则是外层的电子跃迁时发射出来的。X射线在电场磁场中不偏转。这说明X射线是不带电的粒子流，因此能产生干涉、衍射现象。,X射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的X射线能量越大，叫做硬X射线，波长长的X射线能量较低，称为软X射线。当在真空中，高速运动的电子轰击金属靶时，靶就放出X射线，这就是X射线管的结构原理。,X射线,为伦琴拍摄的第一张X线片,18,X射线的应用,医用诊断X线机,医学上常用作辅助检查方法之一。临床上常用的x线检查方法有透视和摄片两种。透视较经济方便，并可随意变动受检部位作多方面的观察，但不能留下客观的记录，也不易分辨细节。摄片能使受检部位结构清晰地显示于x线片上，并可作为客观记录长期保存，以便在需要时随时加以研究或在复查时作比较。必要时还可作x线特殊检查，如断层摄影、记波摄影以及造影检查等。选择何种x线检查方法，必须根据受检查的具体情况，从解决疾病（尤其是骨科疾病）的要求和临床需要而定。x线检查仅是临床辅助诊断方法之一。,19,工业中用来探伤。长期受X射线辐射对人体有伤害。X射线3可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光，故X射线可用电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测。晶体的点阵结构对X射线可产生显著的衍射作用，X射线衍射法已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的重要手段。,X射线具有很强的穿透力，医学上常用作透视检查，工业中用来探伤。长期受X射线辐射对人体有伤害。X射线可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光，故X射线可用电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测。晶体的点阵结构对X射线可产生显著的衍射作用，X射线衍射法已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的重要手段。,20,比X射线频率更高的电磁波有,射线,，它是由放射性元素产生的。,通过对射线谱的研究可了解核的能级结构。射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。,探测伽玛射线有助天文学的研究。,射线是一种强电磁波，它的波长比X射线还要短，一般波长0001纳米。在原子核反应中，当原子核发生、衰变后，往往衰变到某个激发态，处于激发态的原子核仍是不稳定的，并且会通过释放一系列能量使其跃迁到稳定的状态，而这些能量的释放是通过射线辐射来实现的，这种射线就是射线。射线具有极强的穿透本领。人体受到射线照射时，射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。,射线,21,“悄无声息”的杀手,射线弹除杀伤力大外，还有两个突出的特点：一是射线弹无需炸药引爆。一般的核弹都装有高爆炸药和雷管，所以贮存时易发生事故。而射线弹则没有引爆炸药，所以平时贮存安全得多。二是射线弹没有爆炸效应。进行这种核试验不易被测量到，即使在敌方上空爆炸也不易被觉察。因此射线弹是很难防御的，正如美国国防部长科恩在接受德国世界报的采访时说，“这种武器是无声的、具有瞬时效应”。可见，一旦这个“悄无声息”的杀手闯入战场，将成为影响战场格局的重要因素。,22,一般来说，核爆炸（比如原子弹、氢弹的爆炸）的杀伤力量由四个因素构成：冲击波、光辐射、放射性沾染和贯穿辐射。其中贯穿辐射则主要由强射线和中子流组成。由此可见，核爆炸本身就是一个射线光源。通过结构的巧妙设计，可以缩小核爆炸的其他硬杀伤因素使爆炸的能量主要以射线的形式释放，并尽可能地延长射线的作用时间（可以为普通核爆炸的三倍），这种核弹就是射线弹。,与其他核武器相比，射线的威力主要表现在以下两个方面：一是射线的能量大。由于射线的波长非常短，频率高，因此具有非常大的能量。高能量的射线对人体的破坏作用相当大，当人体受到射线的辐射剂量达到200600雷姆时，人体造血器官如骨髓将遭到损坏，白血球严重地减少，内出血、头发脱落，在两个月内死亡的概率为080；当辐射剂量为6001000雷姆时，在两个月内死亡的概率为80100；当辐射剂量为10001500雷姆时，人体肠胃系统将遭破坏，发生腹泻、发烧、内分泌失调，在两周内死亡概率几乎为100；当辐射剂量为5000雷姆以上时，可导致中枢神经系统受到破坏，发生痉挛、震颤、失调、嗜眠，在两天内死亡的概率为100。二是射线的穿透本领极强。射线是一种杀人武器，它比中子弹的威力大得多。中子弹是以中子流作为攻击的手段，但是中子的产额较少，只占核爆炸放出能量的很小一部分，所以杀伤范围只有500700米，一般作为战术武器来使用。射线的杀伤范围，据说为方圆100万平方公里，这相当于以阿尔卑斯山为中心的整个南欧。因此，它是一种极具威慑力的战略武器。,强大的威力,23,1、关于电磁波和机械波的性质比较，下列说法正确的是（）,A、都可以在真空中传播,B、都可以产生衍射、干涉现象,C、都是能量由远及近地向外传播,D、电磁波能产生反射、折射现象，而机械波不可以,B,思考与研讨,24,2、下列各组电磁波中,接波长由长到短排列正确的是(）,A、红外线、紫外线、可见光、射线,B、射线、紫外线、红外线、可见光,C、射线、紫外线、可见光、红外线,D、红外线、可见光、紫外线、射线,D,25,3、各种电磁波产生的机理不同，下面给出的几组电磁波中，哪一组中的电磁波都是由原子外层电子受激发后产生的（）,A、红光、紫光、伦琴射线,B、微波、红外线、紫光、紫外线,C、无线电波、微波、红外线,D、黄光、绿光、紫光,4、对红外线的作用和来源正确的叙述有,A、一切物体都在不停地辐射红外线,B、红外线有很强的荧光效应,C、红外线最显著的作用是热作用,D、红外线很难穿过云雾烟尘,D,AC,26,5、电磁波包括的范围很广，产生的机理有所不同，下列说法中正确的是（）,A、红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受激发而产生的,B、伦琴射线不是原子内层电子受激发而产生的,C、射线不是原子核受到激发而产生的,D、无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的,AD,27,6、下列各组电磁波，按衍射能力由强到弱正确排列的是（）,A、射线、红外线、紫外线、可见光,B、可见光、红外线、紫外线、射线,C、红外线、可见光、紫外线、射线,D、紫外线、可见光、红外线、射线,C,28,7、下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是（）,A、红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体,B、过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康,C、电磁波中频率最大为射线，最容易用它来观察衍射现象,D、紫外线和X射线都可以使感光底片感光,8一电磁波入射到半径为1m的孔上，可发生明显的衍射现象，这种波属于电磁波谱的区域是,A红外线 B可见光,C无线电波 D紫外线,D,C,29,9有些动物在夜间几乎什么也看不见，而猫头鹰在夜间却有很好的视力，其原因为（）,A不需要光线，也能看到,B自身眼睛发光，照亮搜索目标,C可对红外线产生视觉,D可对紫外线产生视觉,C,30,结束,31,