第一章第二节光波与电磁波

UVB波段：波长275～320nm，又称为中波红斑效应紫外线。中等穿 透力，它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收，日光中含有的中波 紫外线大部分被臭氧层所吸收，只有不足2%能到达地球表面，在夏 天和午后会特别强烈。UVB紫外线对人体具有红斑作用，能促进体 内矿物质代谢和使皮肤的脱氧胆固醇转变成维生素D，争取钙磷在体 内吸收，帮助骨骼生长。但长期或过量照射会令皮肤晒黑，并引起 红肿脱皮。紫外线保健灯、植物生长灯发出的就是使用特殊透紫玻 璃（不透过254nm以下的光）和峰值在300nm附近的荧光粉制成。
例与练
1、从地球向月球发射电磁波，经过2.56s收到它
的反射波，月球、地球之间的距离是
km.
2x ct
x ct 3.84 108 m 2
3.84 105 km
例与练
2、关于电磁波在真空中传播速度，下列说法中 正确的是（ ）
A、频率越高，传播速度越大 B、电磁波的能量越强，传播速度越大 C、波长越长，传播速度越大 D、频率、波长、能量都不影响电磁波在真空中
红
橙
黄
绿
青
蓝紫
通常所说的光学区域(或光学频谱)包括红外线、可 见光和紫外线。由于光的频率极高(1012～1016Hz)，数 值很大，使用起来很不方便，所以采用波长表征，光 谱区域的波长范围约从 1mm~10 nm。
问题： 天空为什么是蓝色的？ 为什么彩虹是内紫外红？ 早晨或傍晚的天空为什么会出现彩霞？
质性质决定，与频率无关。
（×）
6. 电磁波和机械波都能产生干涉和衍射的现象。（√）
7. 机械波的传播一定需要介质，其波速与介质的
性质有关，与波的频率无关．
（√）
关于光的电磁说的几点强调
1、光的颜色是由电磁波的频率决定的．
不同频率的色光在真空中波速相同，在介质 中波速不同．
同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变， 波长和波速都要改变．
UVC波段：波长200～275nm，又称为短波灭菌紫外线。253.7nm处 杀菌作用最强，破坏细胞、病毒等单细胞微生物的生命中枢DNA， 使其蛋白质无法形成。它的穿透能力最弱，无法穿透大部分的透明 玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外线几乎被臭氧层完全吸收。紫 外线杀菌灯（黑光灯）发出的就是UVC短波紫外线。
紫外线杀 菌灯
UVA波段：波长320～400nm，又称为长波黑斑效应紫外线 。它有很 强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。日光中含有的 长波紫外线有超过98%能穿透臭氧层和云层到达地球表面，UVA可 以直达肌肤的真皮层，破坏弹性纤维和胶原蛋白纤维，将我们的皮 肤晒黑。360nm波长的UVA紫外线符合昆虫类的趋光性反应曲线， 可制作诱虫灯。
非接触红外测温仪
一般测量的是人体表面皮肤的温度，而非人体实际温度 非接触的即距离大概5--15cm，最方便和应用较多的都人的额头 人体额头皮肤表面温度与实际体温对照表：
额头温度34℃ 35℃ 35.6℃ 35.8℃ 36℃ 36.2℃ 36.4℃ 37℃ 实际温度36.2℃ 37℃ 37.5℃ 37.7℃ 37.8℃ 38.0℃ 38.1℃ 38.5℃

r u
)
E
E
u
u
H

H
2.电磁波是横波
E
H

u,
且满足右螺旋(如上图)
3.

E和
H
的关系
E
H
r0 r0
4.电磁波的速度 u 1 真空中: u c 1

0 0
5.介质的折射率 n c u
rr
三、电磁波的辐射强度
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．
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．
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．
一、电磁波的产生与传播
根据麦克斯韦电磁场理论：变化的电场
与磁变场化在的空磁间场中相以互一激定发的，速形度成u电传磁播场，；形电成
电磁波.
二源自文库电磁波的性质
1.电磁波的电场强度
E和磁场强度
H
在同
一地点同时存在，且具有相同位相；
E
(r
,
t
)

E
0cos

(
t

r u
)
H
(r,
t
)

H
0cos
(t
检验人民币的 真伪
利用紫外线荧 光作用检验
3、紫外线ultraviolet
波段范围：10nm到400nm 一切高温物体发出的光中，都有紫外线。 优点：生理作用——A、消毒杀菌（杀死微生物）；
B、促进骨骼发育；C、偶尔可以治疗某些皮肤病 ;D、适当的紫外线照射直接影响人体维生素D的 合成，不照紫外线就没有足量的维生素D 化学作用——很容易使照相底片感光。 缺点：A、使皮肤老化产生皱纹；B、产生斑点；C、 造成皮肤炎；D、造成皮肤癌，E，造成皮肤粗糙
微
无
波
线
电
波
可见光(380~80nm)
各种波长的电磁波中，能为人眼所感受的是 380 — 780 nm 的窄小范围。对应的频率范围是 ：
= （7.6 4.0）1014 HZ
这波段内电磁波叫可见光。在可见光范围内，不同 频率的光波引起人眼不同的颜色感觉。
760 630 600 570 500 450 430 400(nm)
麦克斯韦根据电磁理论，发现电磁波的波速与光速 相同，提出了光是一种电磁波的假说．
赫兹通过实验证明了麦克斯韦关于位移电流的预言， 证实了电磁波的存在，研究了电磁波的反射、折射、 干涉、偏振和衍射等现象，并且证明了它们的传播速 度等于光速，这样，赫兹第一个证实了光从其本质上 说也是一种电磁波的问题。
光的电磁说把光学和电学统一起来了．
防紫外线雨伞
当白光通过三棱镜照射到光屏上时，从上到下依次为 ()
A、紫外线、紫、靛、蓝、绿、黄，橙、红、红外线 B、红外线、紫外线、红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫 C、红外线、红、橙、黄、绿、蓝，靛、紫、紫外线 D、红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫、红外线、紫外线
第二节 光波与电磁波 (Light wave and
Electromagnetic wave)
09光电 光电子技术课程
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
.
单位时间内通过垂直于波速方向单位 4.
面积的辐射能量,称为辐射强度,也称坡 印廷矢量: S E H
• 在光学中,通常把一个周期内电磁波辐射
强度的平均值称为光的强度.常使用其相对
大小:
I

1 2
E
2 0
或
I E02
❖可见,光强正比于电场强度振幅的平方.
波速、波长和频率的关系
λ
v

答案：AC
(1)太阳光中包含引起人的视觉的可见光，还包含人眼看 不见的光。（ ） (2)一切物体都在不停地辐射红外线。（ ） (3)红外线最显著的作用是热作用。（ ）
2、红外线
波长范围很宽，约0.76至400微米 显著作用：热作用。 由英国物理学家赫谢尔于1800年首先发现红外线， 所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产 生红外线，物体的温度越高，辐射出的红外线越多。 物体在辐射红外线的同时，也在吸收红外线。 用途:加热、红外遥感技术、红外遥控、红外摄影。
0为介电常数, 0为介质磁导率。
麦克斯韦电磁方程 微分形式为
积分形式为：
D L L L L L (1)
B 0 L L L L L (2) E B L L L (3)
t H J D L L (4)
t
ÑS DgdS V dV
关于红外线，下列说法中正确的是( ) A、红外线人眼是看不见的，所以它不是光 B、红外线可以用来加热物体及进行医疗等 C、只有高温物体才能发出红外线，低温物体不发出红外线 D、利用红外线可以进行遥控 答案：BD
下列关于红外线的说法正确的是( ) A、红外线是一种可见光，能被肉眼看到 B、一切物体都可以发射红外线，温度较高的物体发射的红外 线较多。 C、物体在常温下不会发射红外线，只有温度高到一定程度才 发出红外线 D、红外线能使荧光粉感光，能用来鉴别真伪钞票 答案：B
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 ≈光速
1865 年麦克斯韦在总结前人工作的基 础上，提出完整的电磁场理论，他的主要 贡献是提出了“有旋电场”和“位移电流” 两个假设，从而预言了电磁波的存在，并 计算出电磁波的速度（即光速）。
c 1
00
( 真空中 )
ÑS BgdS ÑC Egdl
ÑC H gdl
0
S(SJBt gDdtS)gdS
式中， 是自由电荷体密度；J 是传导电流密度。
麦克斯韦方程组描述了电磁现象的变化规律， 指出任何随时间变化的电场，将在周围空 间产生变化的磁场，任何随时间变化的磁 场，将在周围空间产生变化的电场，变化 的电场和磁场之间相互联系，相互激发， 并且以一定速度向周围空间传播。
f不变
一、电磁波谱：按电磁波的波长或频率 大小的顺序把它们排列成谱。
, f , n , v
γ射线→ x 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
x 射射 线线
紫红 外外 光光
T

f
1 T
T
v f
v
v≤c
真空
c f
例与练
判断：
1. 不同频率的色光在真空中和介质中的波速均相
同。
（×）
2. 同一频率的光的颜色一定相同。
（√）
3. 同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，
波速改变，但波长不变。
（×）
4. 在同一介质中，频率越高，波速越小。 （√）
5. 电磁波在介质中传播时，波速和波长完全由介
1、无线电波
波长大于1mm（频率小于300GHz)的电磁波 用途：通信（导航、卫星通信、GPS）、广播
和天体物理研究等 一般的电视与无线电广播都采用无线电波发
射（人工制造） 容易产生干涉衍射
1. 紫外线和红外线都属于_____的光，靠近红色光的是 _____线，靠近紫色光的是_____线。 2.红外线是一种看不见的光，通过红外线的照射，可以 使物体的温度____________；任何物体都可以辐射红外 线，温度越高的物体辐射的红外线也____________。 3.下列关于紫外线的说法正确的是（ ） A.医院里和食品加工厂以及一些公共场合经常利用紫 外线进行杀菌 B.紫外线对人体没有好处 C.利用紫外线摄像头可以在没有可见光的情况下摄影 D.一切物体发出的光中都有紫外线
的传播速度
c 3.0108 m / s 恒量！
例与练
3、所有的电磁波在真空中具有相同的（ ）
A、频率
B、波长
C、波速
D、能量
例与练
4、电磁波从真空进入水中传播，下列说法中不 正确的是（ ）
A、波速变小 B、波长变短 C、频率变高 D、频率不变
v变小 v f 变短
在发现电磁波不到6年，意大利的马可尼、俄国的波波 夫分别实现厂无线电传播，并很快投人实际使用。其 他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无 线电报（1894年）、无线电广播（1906年）、无线电 导航（1911年）、无线电话（1916年）、短波通讯 （1921年）、无线电传真（1923年）、电视（1929 年）、微波通讯（1933年）、雷达（1935年），以及 遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学……它们使整个 世界面貌发生了深刻的变化。
在同一介质中，频率越高，波速越小．
2、电磁波与机械波的比较: 共同点：
都能产生干涉和衍射现象； 它们波动的频率都取决于波源的频率； 在不同介质中传播，频率都不变．
2、电磁波与机械波的比较: 不同点： 机械波的传播一定需要介质，其波速与介质的 性质有关，与波的频率无关． 而电磁波本身就是一种物质，它可以在真空中 传播，也可以在介质中传播． 电磁波在真空中传播的速度均为3.0×108m／s， 在介质中传播时，波速和波长不仅与介质性质有 关，还与频率有关．