第三节 光的电磁说

光的速度

　　发现光以有限速度传播，是17世纪的一个伟大成就．伽利略首先认识到这个问题，并试图测量光的传播速度，但没有成功．丹麦天文学家罗默则用天文观测的结果证明了光是以有限速度传播的．他曾长期观察过木星的卫星（木卫一）食的现象，发现在一年中各个不同的时期里观察到的卫星食的周期并不相同．当木星的视大小变小（即地球距木星的距离增大）时，观测到的卫星食的周期大于平均值；当木星的视大小变大时，观测到的卫星食周期小于平均值．考虑到木卫的实际运动，极少可能有这种不均匀性，观察到的现象只能证明光速有限的假设．因为，当地球与木星的距离逐渐增大（减小）时，来自木星的任一光信号到达地球时要比前一信号多（少）走一段距离．1676年，罗默从他的观测结果中推出，光穿过地球轨道直径需要22分钟．也就是说，从地球位于距木星最近的T点观测到的木卫食的时刻推算出的半年后地球位于距木星最远的T′点应该发生的卫星食的时刻，要比实际观测到的结果早22分钟（参看图示，根据现代观测，这个值为994±2秒）．由于当时尚不知道地球轨道大小的准确数值，而且罗默的观测也不够精确，所以没有可能求出光速的精确值来．后人用相同的方法 进行测量，根据地球轨道半径为1.497×10⁸千米，得到的光速为c=（3.010±0.06）×10⁵ km/s．

　　1849年法国学者斐索第一个在地面上测出了光速．他用的装置如图所示．

　　光从光源S发出，经玻璃片K表面反射后，通过静止齿轮A的齿间空隙，经过相当长的距离（约几千米）后，从平面镜Z反射回来，再经齿轮A的齿间空隙，透过玻璃片到达观察者的眼中．现在使齿轮开始转动，并且逐渐加快转速，就会出现从齿隙0穿过的光线，经Z反射回来时，恰好被齿a挡住，从齿隙1穿过的光线，反射回来时又被齿b挡住……．从而使观察者始终看不到Z反射回来的光．当然转速再加快，由齿隙0过去的光反射回来时刚好由齿隙1通过进入人眼，而由齿隙1穿过的光反射回来时又刚好从齿隙2通过进入人眼，人又可以见到Z的反射光了．知道了A的齿数、齿轮的转速以及AZ间的距离，就可算出光速了．例如：AZ间距离为8.6千米，A有720齿，第一次见不到Z的反射光的齿轮转速为12.6转/秒．齿a转到隙0，即转过半个齿间距离所需的时间为 ，即：

s．

　　光速： 。

　　当时斐索测得的光速为 ．

　　1851年傅科又设计了另外一种方法——旋转镜法测定了光速．1927年迈克耳孙又改进了前人的装置．采取旋转八面镜的方法，很大地提高了测量的准确度．

扩展资料

紫外线指数简介

一、什么是紫外线指数

　　紫外线指数是指，当太阳在天空中的位置最高时（一般是在中午前后，即从上午十时至下午三时的时间段里），到达地球表面的太阳光线中的紫外线辐射对人体皮肤的可能损伤程度．紫外线指数变化范围用０－１５的数字来表示，通常，夜间的紫外线指数为０，热带、高原地区、晴天时的紫外线指数为１５．当紫外线指数愈高时，表示紫外线辐射对人体皮肤的红斑损伤程度愈加剧，同样地，紫外线指数愈高，在愈短的时间里对皮肤的伤害也愈大．

　　二、认识和需要

　　近年来，由于平流层臭氧遭到日趋严重的破坏，地面接受的紫外线辐射量增多，引起人们广泛的关注．为此，世界各国的环境科学家都提醒人们应该十分注意紫外线辐射对人体的危害并采取必要的预防措施．当皮肤受到紫外线的照射时，人体表皮层中的黑色素细胞开始产生黑色素来吸收紫外线，以防止皮肤受到伤害．长时间的紫外线照射会引起大量黑色素沉积在表皮层中，成为永久性的“晒黑”痕迹．人们现在都已经普遍地认识到，过多地遭受紫外线辐射后容易引起皮肤癌和白内障．有资料报道，皮肤癌的发生率，在澳大利亚是10万人中有800人；在美国是10万人中有250人；在日本据估计目前大约是10万人中有5人，日本的环境和医学专家警告人们，或许不久，日本也会达到欧美和澳大利亚这样的皮肤癌的发生率的，出现这种危险的状况只是时间迟早的问题．在中国，虽然到目前为止还没有皮肤癌发生率的确切估计和报道，但是，国外的经验和教训告诉我们，对此是必须给予充分重视的．

　　此外，紫外线辐射还会促使各种有机和无机材料的加速化学分解和老化；海洋中的浮游生物也会因紫外线的照射而生长受到影响甚至死亡；紫外线辐射对包括人在内的各种动、植物的生理和生长、发育带来严重危害和影响．

　　紫外线辐射按照其波长的不同，可以划分成ＵＶ－Ａ（315－400ｎｍ）、ＵＶ－Ｂ（280－315ｎｍ）和ＵＶ－Ｃ（280ｎｍ以下）三个波段．由于大气臭氧层对ＵＶ－Ａ的吸收很少，所以ＵＶ－Ａ辐射量的变化基本上同臭氧层的变化没有关系；而ＵＶ－Ｃ则同ＵＶ－Ａ完全相反，它几乎完全被臭氧层所吸收，所以它基本上不到达地面；而ＵＶ－Ｂ的辐射量同臭氧层的变化有着密切的关系．所以，可以通过对ＵＶ－Ｂ的直接测量和分析来研究大气臭氧层的变化和紫外线辐射对环境和人体的影响．

　　随着人民生活水平、生活质量的不断提高，人们迫切需要了解和掌握同自己的正常生活、生存有密切关系的环境及其影响环境的各种因素的变化情况，以便采取各种对策和措施，来保护环境和保护人们自己．

　　三、为什么要发布紫外线预报

　　臭氧层的破坏正在不断地发展着．不仅在南极上空出现了臭氧层空洞，即使在北极地方也发现了臭氧层空洞．而且在我们人类生活的地球上的其它地区上空，也探测到臭氧层变薄的现象．今后，这种臭氧层的破坏还会进一步发展下去．这样，在紫外线辐射中，对人体影响最大的ＵＶ－Ｂ今后还会增多．对人们的影响也将会更大．这促使世界各国的人们对紫外线的关心程度有了极大的提高．由于紫外线对人体的影响是通过多年而长期蓄积起来的，从小就开始注意预防是为了将来．人们根据紫外线指数预报和有关的知识，就能够主动地、积极地采取行动进行预防，就可以在自己的生活中利用紫外线预报来采取对策．紫外线指数预报加上每天的天气预报，就可以使有关紫外线的各种知识在老百姓中普及起来．所以说有关紫外
线指数预报和紫外线知识是一种提高人们对紫外线认识的有用的知识．

　　四、如何正确地来理解和使用紫外线指数预报

　　紫外线指数预报是一种在日常生活中十分有用的预报，按照预报发布的紫外线指数，就可以主动地采取一些措施，对紫外线加以预防．当然，紫外线也并不是一个十分恐惧的东西，也不要片面地被紫外线预报所左右．根据发布的紫外线指数，既要采取有效的方法，预防过多地照射紫外线，也要在合适的时间段里有效地利用好紫外线．在一天中紫外线照射强度并不是不变的，一天中最需要十分注意的时间是从上午十时起至下午三时左右．当然，根据天气变化，紫外线照射量也是在变化的，所以也应该注意每天的天气变化，并根据天气的变化，注意在哪个时间段里应该特别小心．

伦琴——X射线的发现

　　伦琴是德国著名的物理学家．1845年3月27日诞生于鲁尔河流域吕内堡的一个商人家庭．

　　伦琴三岁那年全家迁往荷兰的阿佩尔多恩，他就在那里上小学和中学．伦琴学习成绩一般，喜欢运动，动手能力强，有点淘气．1865年，伦琴进入瑞士苏黎学院，攻读机械工艺．1868年毕业，获得机械工程师学位．1869年写出了第一篇物理学论文《气体的研究》，获得了苏黎士工业学院理学博士学位．1875年以后，他任霍恩海姆农学院物理学教授、斯特拉斯堡大学理论物副教授等职．1879年任吉森大学物理学教授．1889年任维尔茨堡大学物理学教授和物理研究所所长，1894年任校长．1896年成为柏林科学院和慕尼黑科学院的通讯院士．同年伦敦皇家学院授予他伦福德奖章．1900年美国哥伦比亚大学授予他巴纳德奖章．同年伦琴到慕尼黑大学就任物理学教授和物理研究所所长．

　　伦琴对物理学的最主要贡献，是发现了X射线，又叫做伦琴射线．1895年11月8日，伦琴正在做阴极射线实验．阴极射线是电子流构成的，而电子流是通过放在一个几乎是真空的玻璃管两端的电极加高电压产生的．阴极射线本身没有特殊的穿透性，而且几厘米厚的空气就能阻挡它．这次，他用很厚的黑纸把阴极管完全包起来，以便通电时，没有光泄露．然而，当伦琴给阴极通电时，他惊奇地看见，不远处凳子上的一块荧光屏在发光，好像是一束光造成的，他关掉试管，这块徐有氰亚铂酸钡的屏幕就停止发光了．由于阴极射线管是被紧紧包裹着的，伦琴认识到，当电流通过试管时，一种看不见的射线从管子里发射出来，他确信这个现象不是阴极射线造成的，因为它只能穿透几厘米厚的空气，他断定存在着一种新的射线．

　　为了验证自己的想法，年过半百的伦琴依靠他特有的毅力，吃、住在实验室，一连做了七个星期的秘密实验．他试验过各种各样的材料，几千页的书，厚厚的玻璃板，二三厘米厚的木板，几厘米厚的硬橡胶……，这种新射线都能穿透．有一次，当伦琴把手放到放电管和荧光屏之间的时候，他惊呆了：在屏上看到自己的手完全变了样，好象是拼凑起来的几根黑糊糊的干树枝．当伦琴清醒地知道这干树枝就是他手指骨骼的时候，他激动得几乎要跳起来．他立即回家把自己的发现告诉了妻子．据说当时妻子正在生他的气，责怪他这么长时间不回家，说他有意编造“发现”骗她．于是伦琴把妻子带到实验室，请她帮忙做个实验．他让妻子把左手放到放电管前面，然后把用纸包好的照相底片放在她的手后面，过了十几分钟，把底片一冲洗，获得了一张手骨的照片——世界上第一张人类活体骨胳的照片．妻子不解地问：“这是怎么回事？”伦琴说：“这是一种穿透力很强的新射线作用的结果．”“这种新射线叫什么名字？”伦琴摇了摇头回答说：”不知道，它是一个未知数，就叫它X射线吧!”．

　　1895年12月28日，伦琴用《一种新的射线——初步报告》这个题目，向维尔茨堡物理学医学协会作了报告，宣布他发现了X射线，阐述这种射线具有直线传播、穿透力强、不随磁场偏转等性质．这一发现立即引起了强烈的反响：1896年1月4日柏林物理学会成立五十周年纪念展览会上展出X射线照片．1月5日维也纳《新闻报》抢先作了报道；1月6日伦敦《每日纪事》向全世界发布消息，宣告发现X射线．这些宣传，轰动了当时国际学术界，论文《初步报告》在三个月之内就印刷了五次，立即被译成英、法、意、俄等国文字．一月中旬，伦琴应召到柏林皇宫，当着威廉皇帝和王公、大臣们的面作了演示．X射线作为世纪之交的三大发现之一，引起了学术界极大的研究热情，据统计，只是1896年一年，世界各国发表的相关论文就有一千多篇，有关的小册子达五十种．

　　X射线最著名的应用当然是被用在医学和牙科诊断上．它的另一个应用是放射治疗，X射线可以摧毁恶性肿瘤或抑制它的发展．X射线在工业上还有一些应用．比如，可以用来测量某些物质的厚度或者发现暗藏的裂痕．X射线还被应用于其他的科学研究领域，尤其是它给科学家提供了有关原子及分子结构的大量知识．

　　伦琴因为发现X射线，于1901年12月10日荣获诺贝尔物理学奖，成为世界上第一个获得诺贝尔奖的物理学家．伦琴对科学抱着老老实实的态度，为人谦虚，据说他把诺贝尔奖金全部贡献给维尔兹堡大学．

　　伦琴因患肠癌，于1923年2月10日去世，终年78岁．为了永久纪念这位伟大的物理学家，德国人民在柏林市的波茨坦桥上竖立起伦琴的青铜塑像．国际学术界还作出决定，用“伦琴”来命名X或 射线的照射量单位．