1、光的电磁理论光的电磁理论电磁波谱电磁波谱11.7 11.7 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、光的电磁理论光光的的干干涉涉、衍衍射射和和偏偏振振现现象象都都证证明明光光是是一一种种波波，到到19世世纪纪中中期期，光光的的波波动动说说已已经经得得到到公公认认，但但光光的的本本质质问问题题仍仍然然没没有有解解决决。19世世纪纪60年年代代，英英国国物物理理学学家家麦麦克克斯斯韦韦提提出出了了电电磁磁场场理理论论，预预言言了了电电磁磁波波的的存存在在，并并从从理理论论上上演演绎绎出出电电磁磁波波的的传传播播速速度度跟跟光光速速相相同同。在在此此基基础础上上，麦麦克克斯斯
2、韦韦提提出出：光光是是一一种种电电磁磁波波。这这就就是光的电磁理论。是光的电磁理论。麦麦 克克 斯斯 韦韦1888年年，德德国国物物理理学学家家赫赫兹兹用用实实验验证证实实了了电电磁磁波波的的存存在在，并并且且证证明明了了电电磁磁波波也也跟跟光光波波一一样样具具有有反反射射、折折射射、干干涉涉、衍衍射射等等现现象象。他他还还测测出出了了一一定定频频率率的的电电磁磁波波的的波波长长，计计算算出出了了电电磁磁波波的的波波速速，其其结结果果跟跟麦麦克克斯斯韦韦关关于于电电磁磁波波的的波波速速等等于于光光速速的的预预言言一一致致，从从而而给给麦麦克克斯斯韦韦的的光光的电磁场理论以有力的实验证明。的电磁
3、场理论以有力的实验证明。赫赫兹兹 光光的的色色散散表表明明，白白光光是是一一种种复复色色光光，它它是是由由各各单单色色光光组合而成的。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。经经测测定定，在在可可见见光光区区域域，紫紫光光的的传传播播速速度度最最小小，折折射射率率最最大大，偏偏折折最最大大；红红光光的的传传播播速速度度最最大大，折折射射率率最最小小，偏偏折折最最小小。白白光光经经过过三三
4、棱棱镜镜折折射射后后会会形形成成红红、橙橙、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.红外线红外线红红外外线线位位于于光光谱谱中中红红光光以以外外的的区区域域,波波长长比比红红光光长长。红红外外线线具具有有显显著著的的热热效效应应，可可以以用用来来加加热热物物体体，烘烘干干油油漆漆和和谷谷物物以以及及用用于于医医疗疗等等。红红外外线线的的波波长长较较长长，容容易易透透过过云云雾雾烟烟尘尘，所所以以可可利利用用对对红红外外线线敏敏感感的的底底
5、片片进进行行远远距距离离摄摄影影和高空摄影。和高空摄影。一一切切物物体体，包包括括大大地地、人人体体、飞飞机机和和车车船船都都在在辐辐射射红红外外线线，利利用用灵灵敏敏的的红红外外线线探探测测器器接接收收物物体体所所发发出出的的红红外外线线，再再经经过过处处理理，就就可可以以判判断断被被探探测测物物体体的的特特征征。这这种种技技术术称称为为红红外外线线遥遥感感。它它被被广广泛泛应应用用在在勘勘测测、寻寻找找水水源源、监监测测森森林火情以及农业、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体热成像图卫卫 星星 云云 图图红外摄影图
6、红外摄影图 红红外外制制导导导导弹弹 红红外外制制导导大大多多数数是是采采用用被被动动寻寻的的制制导导系系统统。红红外外制制导导的的导导弹弹在在发发射射后后利利用用目目标标本本身身的的红红外外辐辐射射进进行行自自动动瞄瞄准准和和跟跟踪踪，直直至至最最后后命命中中目目标标。目目标标的的红红外外辐辐射射主主要要来来自自其其动动力力部部分分，如如飞飞机机与与火火箭箭的的喷喷管管、坦坦克克的的发发动动机机、舰舰船船的的锅锅炉炉及及烟烟囱囱等等。导导弹弹的的红红外外制制导导原原理理如如图图所所示。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鉴别装置误差鉴别装置飞行控制信号飞行控制信号 红红外外线
7、线夜夜间间观观察察装装置置 广广泛泛用用于于夜夜间间军军事事活活动动中中观观察察目目标标和和监监视视一一定定的的重重要要区区域域等等。使使用用600 W的的红红外外探探照照灯灯时时，红红外外夜夜视视仪仪可可以以探探测测400 m远远处处的的人人、600 m远远处处的的吉吉普普车车、750 m远远处处的的坦坦克克。在在港港口口用用作作监监视视船船舶舶的的夜夜视视仪仪可可以以探探测测到到1 60013 000 m的的目目标标，而而作作机机场场信信标标探探测测用用的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 m。红红外外瞄瞄准准装装置置,供供步步枪枪、机机枪枪、火火炮炮等等夜
8、夜间间瞄瞄准准用用，作用距离一般是作用距离一般是300500 m。红红外外驾驾驶驶仪仪，主主要要用用于于坦坦克克、汽汽车车驾驾驶驶员员夜夜间间行行车车，作用距离是作用距离是50200 m。3.紫外线紫外线紫紫外外线线是是德德国国物物理理学学家家里里特特1801年年发发现现的的。紫紫外外线线位位于于光光谱谱中中紫紫光光以以外外的的区区域域,波波长长比比紫紫光光短短。一一切切高高温温物物体体,例例如如太太阳阳、弧弧光光灯灯等等所所发发出出的的光光都都含含有有紫紫外外线线。利利用用气气体体放放电电也也可可以以激激发发紫紫外外线线。紫紫外外线线具具有有化化学学作作用用，能能使使感感光光纸纸感感光光，用
9、用紫紫外外线线照照相相可可以以辨辨认认出出细细微微差差别别，例例如如分分辨辨指指纹纹等等。紫紫外外线线能能激激发发许许多多物物质质发发出出荧荧光光。例例如如日日光光灯灯和和农农业业上上诱诱杀杀害害虫虫用用的的黑黑光光灯灯，都都是是利利用用紫紫外外线线来来激激发发荧荧光光使使其其发发光光的的。紫紫外外线线还还具具有有杀杀菌菌作作用用，还还能能促促进进生生理理作作用用和和治治疗疗保保健健事事业业中中。但但过过强强的的紫紫外外线线能能伤伤害害人人的的眼眼睛睛和和皮皮肤肤，在在进进行行电电焊焊时时要要穿穿工工作作服服、带带防防护护面面具具，以以防防止止电电焊焊弧弧光光中强烈的紫外线的照射。中强烈的紫外
10、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 射线射线德德国国物物理理学学家家伦伦琴琴在在1895年年发发现现了了波波长长比比紫紫外外线线还还短短的的一一种种电电磁磁波波，称称为为X射射线线。X射射线线具具有有很很强强的的穿穿透透本本领领，能能使使包包在在黑黑纸纸里里的的照照相相底底片片感感光光。在在工工业业上上，常常利利用用它它检检查查金金属属部部件件，在在医医学学上上，利利用用它它的的透透视视人人体体、拍拍摄摄照照片片，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
11、X光照片光照片伦伦 琴琴 二、电磁波谱二、电磁波谱可可见见光光、红红外外线线、紫紫外外线线、X 射射线线、射射线线都都是是电电磁磁波波，它它们们与与无无线线电电波波在在本本质质上上是是相相同同的的，只只是是由由于于频频率率的的变变化化，引引起起了了质质变变，使使它它们们具具有有了了不不同同的的特特性性。电电磁磁波波的的频频率率范范围围约约从从104 Hz 到到1025 Hz，它它们们在在真真空空中中的的波波长长是是 310431017 m 左右。左右。电电磁磁波波按按其其性性质质的的不不同同一一般般可可分分为为六六个个主主要要区区域域，分分别别是是：无无线线电电波波、红红外外线线、可可见见光光
12、、紫紫外外线线、X射射线线、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 10-1 2 10-1 3 10-1 41 01 2 1 01 3 1 01 4 1 01 5 1 01 6 1 01 7 1 01 8 1 01 9 1 020 1 021 1 02 2/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.红红外外线线、紫紫外外线线、X射射线线各各有有什什么么显显著著的的性性质质和和应应用？用？3.电磁波谱分哪些主要区域？电磁波谱分哪些主要区域？
