第五节电磁波谱.doc

第五节电磁波谱

一、教学目的
1、知识与技能：
（1）了解光的电磁说及其建立过程
（2）能够从电磁波谱了解各种电磁波的共性、区别和相互关系
（3）知道不同波段电磁波的一些典型应用
2、过程与方法：
通过学习光的电磁说的形成过程，体会自然界的统一性和多样性。
3、情感、态度与价值观：
通过学习，体验物理学的发展对人类文明的的推动作用。

二、教学过程
1、复习&引入
复习提问1：哪些事实能够说明光具有波动性？
☆学生：答问…
复习提问2：电磁波和机械波的的区别与联系何在？
☆学生：回忆、答问…
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
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。
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。
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λ=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。
二、电磁波谱
光作为一种电磁波，它的频率范围是3.9×1014~7.5×1014Hz，（在真空中的）波长范围是7.70×10－7~4.00×10－7m。
在光谱仪上，我们所看到的效果就是——
演示：光谱仪观察太阳光谱。
提问：通过刚才的观察，我们发现，光谱的情形和教材的彩图1有什么区别？
☆学生：答问…
一个重大的区别是，红光的右边、紫光的左边都没有“锋利”的边界！这一点很重要，它会激起人们探索问题的欲望——
既然，红光的右边是模糊消失的，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？
1、红外线。1800年英国物理学家赫谢耳用灵敏温度计研究光谱各色光的热作用时，把温度计移至红光区域外侧，发现温度更高，说明这里存在一种不可见的射线，后来就叫做红外线。
一切物体（包括大地、人体、农作物和车船）都在发射红外线，物体的温度越高，辐射的红外线越强（波长越短）
（真空中）波长数量级：10－6~10－2m。
显著作用：热作用。
重要应用——
（1）红外线加热，这种加热方式优点是能使物体内部发热，加热效率高，效果好；
（2）红外摄影，（远距离摄影、高空摄影、卫星地面摄影）这种摄影不受白天黑夜的限制；
（3）红外线成像（夜视仪）可以在漆黑的夜间能看见目标；
（4）红外遥感，可以在飞机或卫星上戡测地热，寻找水源、监测森林火情，估计家农作物的长势和收成，预报台风、寒潮。
2、紫外线。1801年德国的物理学家里特，发现在紫外区放置的照相底板感光，荧光物质发光。
（真空中）波长数量级：10－9~10－7m。
显著作用：化学作用，荧光效应，杀菌消毒。
重要应用——
（1）紫外照相，可辨别出很细微差别，如可以清晰地分辨出留在纸上的指纹；
（2）照明和诱杀害虫的日光灯，黑光灯；
（3）医院里病房和手术室的消毒；
（4）治疗皮肤病，硬骨病。
过渡：通过红外线和紫外线的波长数量级不难发现，这两种波（或者射线）虽然不被人们的肉眼所感知，但它们的“频道范围”比起可见光居然要宽广得多！人们探索问题的欲望是没有止境的，红光的“外边”找到了红外线……，红外线和紫外线的“外边”又会有些什么射线或者波呢？
3、伦琴射线。1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线的性质时，发现阴极射线（高速电子流）射到玻璃壁上，管壁会发出一种看不见的射线，伦琴把它叫做X射线。
显著作用：穿透本领强。
重要应用——
（1）工业上金属探伤；
（2）医疗上透视人