第三节 光的电磁说

教学设计示例

光的电磁学

教学中的“问题”设计

　　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？

有关教学的内容介绍

　　一、光的电磁说

　　19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，并且从理论上推出电磁波的传播速度跟实验测得的光速相同，在此基础上，麦克斯韦提出光是一种电磁波的假说．这就是光的电磁说．

　　20年以后，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，并且证明电磁波也跟光波一样具有反射、折射、干涉、衍射等性质，测得电磁波的传播速度确实等于光速，这就从实验上证实了光是一种电磁波，同时也进一步证明了麦克斯韦的光的电磁说的正确性．

　　注意：这一部分内容理论性较强，在中学阶段不做过高的要求，教师可以将重要内容帮助学生分析清楚，之后采取自学讨论的形式进行教学．

　　二、电磁波谱

　　电磁波里能够作用于人们眼睛并引起视觉的部分，只是一个很窄的波段，通常叫做可见光．在可见光波范围外还存在着大量不能引起人的视觉的电磁波——红外线、紫外线和伦琴射线等．

　　1、红外线

　　1800年英国物理学家赫谢耳，用灵敏的温度计在可见；光谱红光区外侧，发现有显著的热作用存在，这说明这里有一种看不见的光线，它的波长比红光更长，后来就把这种射线叫做红外线．红外线最显著的作用是热作用，所以，可以利用红外线来加热物体、烘干油漆和谷物以及进行医疗等．

　　它的优点是能够使物体从内部发热，效率高，效果好．红外线的波长比红光还长，因此衍射现象比较显著，容易透过云雾烟尘，可以在军事上用于通信、定位、跟踪和夜间摄影等．

　　由于一切物体，都在不停地辐射红外线，并且不同物体辐射的红外线的波长和强度不同，利用灵敏的红外线探测器接收物体发出的红外线，然后用电子仪器对接到的信号进行处理，就可以察知被测物体的特征，这种技术叫做红外线遥感技术，可以在飞机或卫星上勘测地热、寻找水源、监测森林火情、估计农作物的长势和收成、预报台风和寒潮等．

　　2、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．紫外线还有杀菌消毒作用，医院里常用紫外线来消毒病房和手术室．紫外线还能促使生理作用和治疗皮肤病、软骨病等．经常在矿井下劳动的工人，适当地照射紫外线，能促进身体健康．但过强的紫外线能伤害人的眼睛和皮肤，长时间照射紫外线会诱发皮肤癌．电焊弧光中有强烈的紫外线，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照射到地球上，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．

　　3、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．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．后来人们为了纪念伦琴，把这种射线叫做伦琴射线．

　　伦琴射线管内抽成真空，气压约为 Pa，K是阴极，由钨制的灯丝组成，A是对阴极（阳极），是由钨或铂做成的倾斜靶面，通过变压器供给钨丝电压，使阴极发热，射出热电子，把管的阴阳两极接到几万伏的高压电源上，使钨丝射出的热电子在电场力作用下加速，以很大的速度射到对阴极的靶面上骤然停止，这时金属表面就会射出伦琴射线来．由于伦琴射线穿透本领跟物质的密度有关系，在工业上可以用它来检查金属工件内部有无砂眼、裂痕等，在医学上可用它来透视人体，检查体内的病变和骨折等情况．

　　此外，还有比伦琴射线波长更短的电磁波，那就是放射性元素放出的γ射线，我们将在后面学习．

　　4、电磁波谱

　　按频率由低到高（波长由长到短）将不同电磁波排成一列，其顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线，构成了非常广阔的电磁波谱．其频率范围自10⁴～10¹⁹Hz，其中可见光的频率范围在3.9×10¹⁴Hz～7.5×10¹⁴Hz，如图所示．

　　产生机理：

　　不同的电磁波产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的．总的来说，从无线电波到γ射线，都是本质上相同的电磁波，它们的行为服从共同的规律．但另一方面，由于它们的频率或波长不同而又产生不同的特征，例如，波长较长的无线电波，很容易表现出干涉、衍射等现象，但对波长越来越短的可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线，要观察到它们的干涉、衍射现象，就越来越困难．