光的电磁说
第四节 光的电磁说
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麦克斯韦的电磁场理论从超距作用过渡到以场 为基本变量，是科学认识的一个革命性变革，根据 研究，麦克斯韦大胆断言：光本身就是电磁波． 1888年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁 波的存在，并且测出了实验中的电磁波频率和波长， 从而计算出电磁波的传播速度，发现电磁波的速度 确实与光速相同，证明了光的电磁说的正确性。这 样麦克斯韦的电磁场理论就把电、磁、光学规律统 一起来，完成了人类认识史上的一次“大综合”。
例3．如图20-4-1所示是伦琴射线管的示意图,下 列有关伦琴射线管或伦琴射线的说法中正确的是: ( )
A、高压电源的右端为正极 B、蓄电池也可用低压交流电源代替 C、伦琴射线是由对阴极A发出的 D、伦琴射线的波长比可见光长
K A
高压电源
图20-4-1
解析：高速电子流射到任何固体上都会产生伦 琴射线,它是原子内层电子受到激发后产生的, 它的波长比紫外线还要短,但比γ射线要长;它 的穿透本领很强,但比γ射线的穿透本领弱,综 合以上所述,本题正确选项为:：ABC
第四节
光的电磁说
光 的 电 磁 说
光的电磁说
麦克斯韦
ห้องสมุดไป่ตู้
红外线 电磁波谱
紫外线 伦琴射线
光 的 电 磁 说
光的干涉现象
光的衍射现象
光是一种波
19世纪中叶，光的波动说已经得到 了公认，但是光波的本质到底是什么， 是像水波？还是像声波呢？
光是一种电磁波
19世纪60年代，麦克斯韦预言了电磁 波的存在，并从理论上得出电磁波在真 空中的传播速度应为：
5．声波和光波都从空气进入水中传播，下列判断正确 的是 A 他们的波速都变小，频率都不变，波长都变小 B 他们的波速都变大，频率都不变，波长都变 大 C 声波波速不变，波长不变，光播波速变小，波长 变小 D 声波波速变大，波长变大，光播波速变小，波长 变小 6．让绿、黄、蓝三种单色光以相同的入射角射到某中 介质与空气的界面上，观察到绿光恰好发生全反射， 下列判断正确的是 A 蓝光一定发生全反射 B 黄光一定发生全反射 C 绿光在该介质中波长最短 D 只有黄光从介质中 进入空气
光的电磁说
三、光的电磁说
光的干涉现象
光的衍射现象
光是一种波
19世纪中叶,光的波动说已经得到了公 认,但是光波的本质到底是什么,是像水波? 还是像声波呢?光的本质是什么？
19世纪60年代，麦克斯韦预言了电磁波的存 在，并从理论上得出电磁波在真空中的传播速度 应为：3.11×108m/s,非常接近当时光速所测得的 光速3.15×108m/s。
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红外遥感
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
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．
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2003年5月22日，北京 二中的校医在学校门 口用红外线测温仪为 入校的学生检测体温
一切物体，包括大地、人体、农作物和车船，都在辐射红外线. 物体的温度越高，它辐射的红外线越强，波长越短.
2.红外线有哪些作用？ ①红外遥感：勘测地热、寻找水源、人体检查 ②红外遥控：电视遥控 ③加热物体：远红外烤箱 3.红外线的显著作用是什么？ 热作用 红外线的频率比可见光的频率更接近固体分子的 固有频率，更易引起分子的共振。
振荡电路中自由电 子的周期性运动
电磁波谱
穿透性强
波长
波动性强
电磁波谱的排列、产生机理、特性、用途
波谱 无线 电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
波 长
频 率 产生 机理 主要 特性
应用
电磁波谱的排列、产生机理、特性、用途
波谱 波 长 频 率 产生 机理 振荡 电路 无线 电波 长 低 原子外层电子受激发 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 短 高
光的电磁说
二、电磁波谱
1 电磁波谱（按频率由小到大）
无线电波 红外线 可见光 紫外线 伦琴射线 γ射线
红外线
来源：一切物体都在不断地向外辐射红外线。 特点：红外线有显著的热效应。 作用：1、遥控
2、红外线加热 3、红外线摄影
光 的 电 磁 说
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
电磁波谱
γ射线
X射线
波长： /m -------10-10
紫 靛 蓝 绿 黄 橙 红
ห้องสมุดไป่ตู้
-------10-8 紫外线
可见光
红外线 微波
-------10-6 -------10-4 -------10-2
无线电波
---102
电 磁 波 谱
光的电磁说
一、光的电磁说
1 提出者：麦克斯韦 2 几点理解
18.3
光的干涉现象
光的衍射现象
光是一种波 19世纪中叶，光的波动说已经 得到了公认，但是光波的本质到底 是什么，是像水波？还是像声波呢？ 光是一种电磁波？ 19世纪60年代，麦克斯韦预 言了电磁波的存在，并从理论上 得出电磁波在真空中的传播速度 应为： 3.11108 m s
19世纪60年代，麦克斯韦预 言了电磁波的存在，并从理论 上得出电磁波在真空中的传播 速度应为：3.11108 m s
麦克斯韦根据电磁理论，发现电磁波的波速与 光速相同，并提出：光是一种电磁波
光的电磁说
一、光的电磁说
1 提出者：麦克斯韦 2 几点理解
1）光是一种电磁波
2）不同频率的光在真空中波速相同，在介质中波速不同． 3）不同介质中，光的频率（颜色）不变，波长和波速改变．
回忆光的电磁说(麦克斯韦)(1)内容光是一种电磁波.(2)代表人物.
困难3
1.能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看
作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但 是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状
态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可
具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε （称为 能量子）的整数倍，即：ε , 1 ... n
ε
, 2
ε
, 3
ε
,
ε
1 2 eU mv max 2 h W U e e
及Leabharlann 1 2 mvm ax h W 2
可写成：
U k b
可见，遏止电压与入射光频率成线性递增关系，与实验一致。
例：某金属的逸出功为A，用频率为 1 的光照射该 金属能产生光电效应，求金属的红限频率，
1 0 ，问遏止电势差是多少？
2. 光电效应方程
1 2 mvm h W 2
W
为逸出功
三、光电效应方程
1 2 mvm ax h W 2
A
逸出功
四、对光电效应的解释
1.光与物体相互作用以光子形式出现 2.物体内部一个电子一般只能吸收一个光子的能量 3.如果光子能量小于逸出功，则无论光强度（光子数 目）多大，照射时间多长，物体内部电子都不能被激
发而逃逸出来。 综上可知，光电效应的条件是
即
E h W W h
四、对光电效应的解释
遏止电压U实际上对应着光电子的最大初动能。电子逃逸时 要克服电场力做功，当反向电压满足
1 2 eU mv max 2
时，光电子将没有足够的能量到达电管的阳极，于是光电流被 截止，这就是遏止电压的物理意义。 由 得
波动理论实验结果困难1光强振幅能量作用强弱效应强弱存在极限频率小于此值不发生光电效应困难2光强振幅能量作用强弱最大初动能ek0k0或遏止电压与光强无关只与入射光频率有关困难3从能量积累到发射电子的时间与光强有关只要照射时间够长就会发生人照射到发射时间极短不需积累而且小于极限频率发生光电效应1
21.3 光的电磁说
21.3 光的电磁说教学目的：1、了解光的电磁说及建立过程；2、了解各种电磁波在本质上是相同的。
它们的行为服从共同的规律。
由于频率不同而呈现出的不同特性。
并熟悉它们的不同应用。
引入：通过前面的学习，光具有波动性的观点大概已经被我们广大的同学所接受，但是，光究竟是机械波还是电磁波？这就是本节课要解决的问题——一、光的电磁说1、时代背景①17世纪到19世纪初，光的波动说不断发展完善，逐渐得到公认。
但对光的本性认识不足，认为光波是一种机械波，这种认识在光的传播媒质问题上遇到了困难。
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。
②后来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年法拉第发现在强磁场的作用下，偏振光的振动面发生集团的现象。
它启示人们把表面很不相同的光现象和电磁现象联系起来。
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。
③19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出电磁场的理论，预言了电磁波的存在，从理论上提出电磁波是横波，传播的速度等于等于实验测定的光速；它可以在真空中传播而不需要任何媒质。
在上述理论的基础上麦克斯韦提出了光的电磁说，认为“光波是一种电磁波”。
④1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在，并且证明了电磁波和电波一样具有反射、折射、干涉、衍射等性质。
又通过干涉实验测出了一定频率的电磁波的波长，算出了电磁波的传播速度等于光速，结果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。
光的电磁说光电效应
——
光的波动说不能正确解释光电效应现象。
高 中 物 理
4、爱因斯坦的光子说 1905年爱因斯坦在光电效应的基础上提出光子说。 （1）内容：在空间传播的光不是连续的，而是 一份一份的, 每一份叫光子, 光子的能量跟频 率成正比。即 E = hγ h = 6.63×10–34 J.s—普朗克恒量。
（2）对光电效应的成功解释（观看解释）
磁波的传播速度就是光速并提出光是一种电磁二电磁波谱1电磁波谱及特征电磁波家族成员按波长由长到短排列无线电波红外线可见光紫外线x射线射线光是电磁波中的可见部分色光的频率越高在介质中的传播速度越小因为介质对该色光的折射率越大
高 中 物 理
光的电磁说
—— 上 海 市 高 境 一 中 物 理 组
光电效应
高 中 一、光的电磁说 物 随着科学的发展，人们已经认识到变化的电场周围存 理 在着变化的磁场，变化的磁场周围存在着电场。那么磁场 和电场能否统一起来呢？ 19世纪60年代初，英国的物理学家麦克斯韦 提出了统一的电磁场理论，也就是电磁波理论， 他认为变化的电场和变化的磁场联系在一起形成 统一的电磁场，电磁场能以波的形式从它产生的 地方向四周传播形成电磁波。并从理论上得出电 磁波的传播速度就是光速，并提出光是一种电磁 波。 1888年赫兹用试验证实了他的理论。
上 海 市 高 境 一 中 物 理 组
3、规律(实验演示) ①各种金属都存在极限频率ν0，只有ν≥ν0才能发生光电效应 。 ②光电效应的产生几乎是瞬时的（光电子的产生不超过10-9s） ③光电子的最大初动能Ekm和入射光强度无关, 只随入射光频 率γ的增大而增大 ④单位时间打出的光电子（或光电流）与入射光强度成正比
上 海 市 高 境 （4）爱因斯坦光电效应方程的图象 一 中 物 （5）逸出功和极限频率的关系： 理 组
光的电磁说
伦琴射线管是用来产生伦琴射线的一种装置，构造 如图所示。真空度很高（约为10-4帕）的玻璃泡内， 有一个阴极K和一个阳极A，阳极也叫对阴极。阴极 被加热后能向周围发射电子，在阳极和阴极之间加 上几万伏的电压，从阴极发射出来的电子受强电场 的作用，以很大的速度冲击阳极，阳极就激发出伦 琴射线。
“响尾蛇”是 福特航宇通讯公司和雷锡恩公司从1949年 开始研制的一种近距空空导弹，于1953年试飞，自1956年起 开始装备部队。该弹编号为AIM—9AIM—9“响尾蛇”导弹是 世界上第一种红外寻的空空导弹。该弹采用鸭式气动布局， 舱面与弹翼前后呈X—X形配置；全弹由制导控制舱、引信与 战斗部、动力装置、弹翼和舵面所组成。各型号的“响尾蛇” 导弹，它们的气动布局和结构组成均无改变，主要是结构尺 寸稍有变化以及元器件性能的改进。除C型为雷达寻的外， 其他型号的AIM—9导弹都是红外寻的制导。
高速电子流 射到某些固 体上
穿透物质的 本领较强
探伤 透视
响尾蛇导弹……
1． 提出了光是一种 ，这就是光的电磁说，它们在真空 中的传播速度等于 并且传播时可以不依赖 ，1888年 用实验证实了 的存在，并且证明了 也跟光波一样具有
等性质。
2.关于红外线的来源和作用正确叙述有
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和热作用； C．红外线是原子的外层电子受到激发后产生的 D．红外线容易穿过云雾烟尘。
5．伦琴射线（也叫x射线）： 由原子内层电子激发跃迁产生，高速电子流射到
任何固体上，都会产生这种射
三、电磁波谱 无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线及γ射线结
合起来，它们的频率由小到大构成了非常广阔的电磁波谱。
发现 机理
产生
四光的电磁学说
紫外线
紫外线是德国物理学家里特在1801年发现的． 在可见光的紫光区外侧放一张照相底片，底片会感 光，说明这里也有一种看不见的光存在，波长比紫 光还短，叫做紫外线．紫外线的主要作用是化学作 用．紫外线还有很强的荧光效应，能使许多物质发 出荧光，如日光灯和农业上引诱害虫用的黑光灯都 是利用紫外线的这种性质而设计的．
因此电焊工在工作时要戴上防护眼镜，穿好工
作服．地球大气层高处有一层臭氧层，它能阻挡太 阳光中的大部分紫外线，是一层重要的保护屏障， 而近年来制冷机中大量使用氟立昂，氟立昂泄露后 会破坏臭氧层，从而造成极严重的后果，因此现在 已经在限制并将最终禁止使用氟立昂，以保护环 境．
伦琴射线
伦琴射线是比紫外线波长还短的一种电磁波，也叫 X射线．伦琴射线的波长范围大约是10-7m～10-15m，频 率范围是1015Hz～1023Hz，是德国物理学家伦琴在1895 年发现的．用高速电子流射到任何固体上，都会产生一 种看不见的射线，这种射线穿透本领很大，能使包在黑 纸里的照相底片感光．由于当时不知道是什么射线，伦 琴就把它叫做X射线．
赫兹对人类最伟大的贡献是用实验证实了电 磁波的存在．
1878年夏天，亥姆霍兹向学生们提出了一个 物理竞赛题目，要学生们用实验方法验证电磁波 的存在，以验证麦克斯伟的理论．从那时起．赫
兹就着手进行这一重大课题的研究．
1886年10月，赫兹用放电线圈做火花放电实验， 偶然发现近旁未闭合的绝缘线圈中有电火花跳过，便 敏锐地想到这可能是电磁共振．由此开始直到1888年 ，赫兹集中力量持续进行了有关电磁波特性的多方面 实验．首先，他反复改变导体的形状、介质的种类、 放电线圈与感应线圈之间的距离等，终于确认了电磁 波的存在．他用一个未闭合电路连接在感应圈上作发 射器，近旁再放一未闭合的回路作探测器，当感应圈 产生火花放电时，探测器气隙间便有火花跳过．
20.3光的电磁说
用条件规律法分析电磁波的特性
［例2］关于电磁波谱的下列说法中正确的是
A.伦琴射线是高速电子流射到固体上，使固体原子的内层电子受到激发而产生的
B.γ射线是原子的内层电子受激发后产生的
C.在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
D.紫外线比紫光更容易发生衍射现象
②由于不同电磁波波长不同，得到干涉和衍射现象的难易程度也不同.波长越短的电磁波，越不容易发生明显的衍射现象，也不容易发生干涉现象.
③不同的电磁波，其性质和应用范围也不同.红外线的主要作用是热效应，应用于加热和遥感技术；紫外线的主要作用是化学效应，应用于消毒杀菌；伦琴射线穿透能力强，应用于透视和检查金属部件的缺陷.
光的电磁说
1.光的电磁说
麦克斯韦根据光波和电磁波的相似性指出，光波是一种电磁波——光的电磁说.主要依据有：（1）电磁波的波速（理论值）跟实验测得的光速相同；
（2）电磁波是横波（由电磁理论得出），光也是横波（当时已发现光的偏振现象）；
（3）传播都不需要介质，实际上它们本身就是一种物质；（4）都能发生反射、折射、干涉、衍射现象.
（1）相同点
①都有同的电磁本性，都是电磁场的传播.
②都具有波的性质，都能反射、折射、也能干涉、衍射等.
③它们在真空中的波速都相等.
（2）不同点
①具体的产生机理不同.无线电波是振荡电路中自由电子周期性振荡产生的；红外线，可见光及紫外线是由原子外层电子受激发产生的；X射线是由原子内层电子受激发产生的；γ射线是由原子核受激发产生的.
1888年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，并用干涉实验测得了一定频率的电磁波的波长，算出了电磁波的速度，结果跟麦克斯韦关于电磁波的波速等于光速符合得很好.这就证明了光的电磁说是正确的.
光的电磁说
有一次伦琴的夫人到实验 室来看他时，他请她把手 放在用黑纸包严的照相底 片上，然后用X射线对准照 射15分钟，显影后，底片 上清晰地呈现出他夫人的 手骨像，手指上的结婚戒 指也很清楚．这是一张具 有历史意义的照片，它表 明了人类可借助X射线，隔 着皮肉去透视骨骼．
电磁波的存在，并从理论上得出， 电磁波在真空中的传播速度应为 3.11×l08m/s，当时实验测得的
提出光在本质上 是一种电磁波
光速为3.15×108m/s
1886～1888年间，赫兹实验证实 电磁波的存在，并测出实验中电 磁波的频率和波长，从而计算出 了电磁波的传播速度，发现电磁 波的速度确实与光速相同.
预习提纲：
1、谁最先提出了光是一种电磁波？理论依据是什么？ 2、谁证明了光的电磁说的正确性？怎样证明的？ 3、比较红外线、紫外线、可见光、X射线的波长、频 率关系。 4、归纳红外线、紫外线、X射线的产生机理及应用。 5、电磁波谱的排列顺序。
三 光的电磁说
1、背景 2、电磁波谱
19世纪60年代，麦克斯韦预言了
证明了光的电 磁说的正确性.
光是一种传播不需要任何介质的电磁波
二、电磁波谱
波性显著
粒子性显著
1、红外线
波长范围 700nm——106nm 产生机理 原子的外层电子受到激发
特点
波动性强、热效应强
主要应用
2、紫外线
波长范围 5nm——400nm 产生机理 原子的外层电子受到激发
特点 波长短、不易干涉衍射、有
荧光作用等
主要应用
X射线的发现揭开了20世纪物理 学革命的序幕．
3、伦琴射线
波长范围 10-12m——10-8m
产生机理
原子的内层电子受到 激发
中考物理考点辅导：光的电磁说
中考物理考点辅导：光的电磁说
光波的本质是什么，这个问题始终没有解决.那时候人们总是习惯于根据机械波的模型把光波看成是在某种弹性介质里传播的振动.到了19世纪60年月，麦克斯韦预言了电磁波的存在，他提出光在本质上是一种电磁波.这就是光的电磁说.到1886年，赫兹通过试验证明了电磁波的存在，并且测出了试验中的电磁波的频率和波长，从而计算出了电磁波的传播速度，发觉电磁波的速度的确与光速相同.这样就证明了光的电磁说的正确性.
1.光的电磁说
19世纪60年月，麦克斯韦依据电磁波跟光波的一些相像性(都是横波，电磁波的传播速度等于光速)指出，光波是一种电磁波，后经赫兹试验证明;而且还从试验上证明电磁波也能产生反射、折射、干预、衍射、(偏振)等现象，其规律都跟光波的相同.光的电磁说把光现象和电磁现象统一起来，揭示了光的电磁波本性.
2.电磁波谱
按频率由低到高(或真空中的波长由大到小)将电磁波的各个波段排布起来是：无线电波、微波、红外线、可见光(由红紫)、紫外线、伦琴射线和射线.它们都具有电磁本性，行为服从共同规律;同时，由于其频率(或波长)不同而又表现出不同的特性.例如波长越大，干预、衍射越明显.
不同波段的电磁波产生的机理不同.
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教学目标
（一）知识目标
1、知道光的电磁说的内容．
2、知道可见光是一定频率范围的电磁波．
3、知道红外线、紫外线、x射线等不同频率的电磁波的特点．
4、知道电磁波谱、了解光谱的类别及各类光谱的产生知道明线光谱和吸收光谱是元素的特征谱线．
5、知道麦克斯韦的电磁说及光的电磁本性的实验依据，并要求知道电磁波及产生机理．
（二）能力目标
通过史料的学习，培养学生对问题的理解能力和分析能力.
（三）情感目标
1、让学生体会到科学发展是一代一代科学家辛勤劳动的曲折过程，树立为科学献身的精神
2、从中体会到科学研究的一些基本方法——“实验(事实)——理论假设——实验(提供新的事实)——修正理论(甚至建立新的假设)”，以及人们的认识就是从不断地纠正偏差错误中提高的．
教学建议
回顾人类对光的本性的认识过程，给学生指明学习本章的线索--教材内容的层次和系统，这对发挥学生学习的主动性是十分有益的．通过简要的史料介绍，一方面让学生体会到科学发展是一代一代科学家辛勤劳动的曲折过程，树立为科学献身的精神；另一方面，从中体会到科学研究的一些基本方法--"实验(事实)--理论假设--实验(提供新的事实)--修正理论(甚至建立新的假设)"，以及人们的认识就是从不断地纠正偏差错误中提高的．"光的本性"的认识史，也是对学生进行辩证唯物主义教育的好教材．
讲述光的电磁说时要着重说明光的电磁说提出的背景和它的事实依据．还要着重说明提出光的电磁说的重要意义在于使人们认识到光波与机械波有本质的不同．光的电磁说揭露了光现象的电磁本质，把光和电磁统一了起来．
需要强调的几点：
1、对红外线、紫外线、x射线的讲述，要让学生抓住主要特征和它们的应用，并尽可能联系可见到的实例．如有可能，可做实验演示．
2、要使学生理解不同频率范围的电磁波，它们本质上是相同的，它们的行为服从共同的规律，但因为频率的不同又各自具有某些特性．
注意：本节内容大多类似科普常识的介绍，没有太难以理解的理论，可以知道学生看书、归纳、总结，锻炼学生的自学能力．
教学设计示例
关于光的电磁说一节，内容大多类似科普常识的介绍，没有太难以理解的理论，可以指导学生看书、归纳、总结，锻炼学生的自学能力．
在学生自学的时候，可以让学生思考有关问题，
1、光的干涉和衍射现象证实了光具有波动性，但光是什么波呢？
2、我们知道，一切机械波，包括声波在内，都需要有介质存在，机械波是不能在真空中传播的．但是光在真空里却能够传播，这如何解释呢？
探究活动
1、查阅资料：光学发展史中有关光的电磁说部分内容．。