技术物理下册（第三版）11-5 光的波动性 电磁波谱学习课件

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光的波动性电磁波谱现象与思考光的干涉光的衍射光的电磁说光的偏振电磁波谱现象与思考

关于光的波动性，几百年来一直争论不休。一种观点认为光具有波动性，另一种观点认为具有粒子性。那么，光到底是波还是粒子呢？这需要实验来证明。18世纪初，持波动说的人们终于完成了一系列重要实验，使大家普遍接受了波动说。一、光的干涉1.杨氏双缝干涉实验⑴实验装置（图11.5-1）

1801年，英国物理学家托马斯·杨用该装置成功地观察到了光的干涉现象。图11.5-1杨氏双缝干涉实验

让单色光照通过狭缝S，从S出来的线状光束射到与S平行且等距的双缝S1、S2上，穿过双缝S1、S2后，就得到了两个完全相同的线状光源。⑵实验现象

在这两束线状光叠加的区域里放置屏幕，屏幕上会出现稳定的图样，它由明暗相间且等距的分布的条纹构成。如图11.5-2

所示。图11.5-2双缝干涉图样⑴概念2.光的干涉的知识点

当两列光波在空中相遇时，在不同的地点产生了稳定的加强或减弱，在相遇空间形成明暗相间条纹的现象，称为光的干涉。⑵光的干涉条件①光的频率相同；②光的振动方向相同；③光的相位差恒定。这样的两列光称为相干光，相遇时才会产生干涉现象。⑶光的干涉现象，证实了光具有波动性。3.光的干涉的应用

利用光的干涉原理制成各种干涉仪器用于精密测量与检验。如检验工件的平整程度就常用干涉法。⑴装置及原理单色光标准件被测平面薄片

在被检查平面上放一透明的标准样板，在一端垫一薄片，使二者之间形成一个楔关的空气薄层。用单色光照射时，从空气层上下两个表面反射的光波产生干涉条纹。⑵检测原理

用单色光照射时，从空气层上下两个表面反射的光波产生干涉条纹。①被测表面是平的，干涉条纹是一组平行直线。②被测表面不平，干涉条纹就会发生弯曲。③从干涉条纹的弯曲方向和程度可以判断出被测物体表面凸或凹的情况，测量精度高达10-8m。被测平面是平的被测平面是不平的

二、光的衍射1.概念

光能够进入障碍物后面区域的现象称为光的衍射，衍射时出现的明暗条纹或光环称为衍射图样。2.光的衍射实验（图11.5-3）图11.5-3光的小孔衍射

用光照射带有圆孔的遮光板，在其后面的屏幕上看到一个圆的亮点，缩小孔的大小，亮点的大小液随之变小。当通过的小孔缩小到一定程度时，在屏幕上出现的不再是圆形亮点，而是在中心亮点的周围出现了许多明暗相同的同心圆环，其范围远远大于孔的大小，超出了光的直线传播范围。2.光的衍射条件

光遇到大小可跟光的波长相比拟的障碍物或孔隙时，才会出现明显的衍射现象。试一试：

要观察光的衍射现象，也可以用一些简便的方法。例如：⑴眯起眼睛透过睫毛的缝隙或通过手指间的缝隙看远方的光源。⑵把两支铅笔紧并在一起，与日光灯平行，从铅笔中间的缝隙去看发光的日光灯。3.

光的衍射现象又一次证明光具有波动性。

三、光的偏振光的干涉和衍射现象都说明光是一种波，但它是横波还是横波呢？我们用机械波来说明横波和纵波的主要区别。1.

横波和纵波的主要区别

如果在横波传播的方向上放一个带有狭缝的板，当狭缝的方向和绳的振动方向相同时，绳上的波才能顺利通过狭缝。如果狭缝的方向与振动方向垂直，绳上的波就不能通过狭缝,这种现象称为横波的偏振。（如图11.5-4所示）11.5-4横波的偏振

⑴

横波的偏振⑵纵波不发生偏振

纵波的振动方向和传播方向一致，不论狭缝方向如何都能通过狭缝。（如图11.5-5所示）图11.5-5纵波不发生偏振

2.光的偏振现象（图11.5-6）

用偏振片A对着阳光或灯光，以入射光的方向为轴旋转A片，会看到透过A的光强度并不随A片的旋转而改变。

把A固定，以入射光方向为轴旋转偏振片B时，从B透射过来的光的强度发生周期性变化：当B片转到某一位置时，透射光最强，再由此位置转过90°

，透射光最弱，几乎看不见。图11.5-6光的偏振

光发生了偏振，而光的偏振现象说明光波是横波。

四、光的电磁说1.光的电磁说的提出

19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦指出光是一种电磁波，并且是横波，它在真空中的传播速度和光速c相同。2.光的电磁说的验证

19世纪80年代，德国物理学家赫兹，用实验证实了电磁波跟光一样，也具有反射、折射、干涉、衍射和偏振等特性，从而证明光是一种电磁波。

上述实验说明：五、电磁波谱（图11.5-7）图11.5-7电磁波谱㈠

无线电波1.波长范围

波长大于1mm2.特性传播过程中波动性明显3.应用无线电技术

㈡

红外线1.波长范围

是一种光波，波长比无线电波短比可见光长，波长介于750nm～１×106nm。2.特性特性是热作用。一切物体都在不停地辐射红外线物体温度越高,辐射的红外线越强。3.应用红外加热、红外遥感技术、夜视仪等。红外线烤箱红外线感应防盗报警器红外线成像夜视镜下的现代战争红外线测温

红外线遥感地图㈢

可见光1.波长范围400nm～700nm2.特性能作用于眼睛并引起视觉3.应用照明、摄影等4.光的色散⑴复色光能够分解为几种颜色的光叫复色光。⑵

单色光不能再分解的光叫复色光。⑶光的色散（图11.5-8）由复色光分解成单色光的现象称为光的色散。

从图上可以看出，发生色散时，偏折最小的是红光，偏折最大是紫光。这是因为棱镜对各单色光有不同的折射率，对紫光的折射率最大，对红光的折射率最小。图11.5-8光的色散注：光的颜色与频率有关㈣

紫外线1.波长范围

紫外线的波长比紫光更短，高温物体发出的

光都含有紫外线。2.特性

紫外线有荧光作用，有些物质受到紫外线照射时可以发出可见光。紫外线还具有较强的生理作用，它能使细胞脱水，达到杀菌清毒的目的。

3.紫外线应用与预防

阳光中含有大量的紫外线，人体适当照射阳光对健康有益，紫外线可以促使人体合成维生素D，有助于人体对钙的吸收，所以儿童经常晒太阳能够预防缺钙引起的佝偻病，但是过多的紫外线会使皮肤粗糙，甚至诱发皮肤癌。利用紫外线的荧光作用验钞紫外线杀菌灯防紫外线雨伞㈤

X射线和γ射线1.波长范围2.发现3.特性X射线：10－8m~10－12mγ射线：小于10－10m

X射线由德国物理学家伦琴1895年发现，因而又名伦琴射线。穿透能力很强4.

应用手的X光片伦琴①X射线的应用在工业上可用于检查金属内部的砂眼、裂缝等；在医学上常用作人体透视或拍摄人体内部组织的照片。②γ射线的应用在工业上常用来探伤，穿透能力高于X射线；医疗上要用来治疗某些癌症、切除肿瘤；农业可用来照射种子育种，还可消灭或抑制农作物害虫的生长。㈥关于电磁波谱的几点强调

1.

按频率由小到大（波长由大到小）排列形成的电磁波谱是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线．波长变短，频率变大它们的能量越来越大，对物体的穿透本领逐渐提高。

2.

每种元素的原子只能发射或吸收具有其特征的某些波长的光，这些光组成的光谱线就成为识别各种元素的标志，称为特征谱线或标识谱线。

3.

各元素特征谱线的强弱，还可以反映出该元素含量的多少。

4.

利用光谱来确定物质化学成分及含量多昨的方法称为光谱分析。

光谱分析具有快速和灵敏度高的优点。如：分析钢水的成分；检测微量元素；检查半导体材料的纯度等。练习

1.什么是光的干涉和衍射现象？这些现象说明了光的什么特性？

答：当两列光波在空中相遇时，在不同的地点产生了稳定的加强或减弱，在相遇空间形成明暗相间条纹的现象，称为光的干涉。光能够进入障碍物后面区域的现象称为光的衍射。这些现象说明了光有波动性。

2.为什么肥皂泡在太阳光的照射下呈现出各种颜色？

答：这是因为一列光在经过透明薄层上下两个面反射时，形成了两列相干光，它们相互叠加产生了干涉现象。3.光的偏振现象说明了什么？答：光的偏振现象说明光波是横波。

5.电磁波类似一个庞大的家族，把它们按照______大小排列起来就成为电磁波谱。电磁波中波长最短的是_____，人们最敏感的光是______。频率γ射线可见光

4.

光的颜色是频率决定的，光在不同介质中传播速度不