11-5

光的波動性電磁波譜現(xiàn)象與思考光的干涉光的衍射光的電磁說光的偏振電磁波譜現(xiàn)象與思考

關(guān)于光的波動性，幾百年來一直爭論不休。一種觀點認(rèn)為光具有波動性，另一種觀點認(rèn)為具有粒子性。那么，光到底是波還是粒子呢？這需要實驗來證明。18世紀(jì)初，持波動說的人們終于完成了一系列重要實驗，使大家普遍接受了波動說。一、光的干涉1.楊氏雙縫干涉實驗⑴實驗裝置（圖11.5-1）

1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊用該裝置成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。圖11.5-1楊氏雙縫干涉實驗

讓單色光照通過狹縫S，從S出來的線狀光束射到與S平行且等距的雙縫S1、S2上，穿過雙縫S1、S2后，就得到了兩個完全相同的線狀光源。⑵實驗現(xiàn)象

在這兩束線狀光疊加的區(qū)域里放置屏幕，屏幕上會出現(xiàn)穩(wěn)定的圖樣，它由明暗相間且等距的分布的條紋構(gòu)成。如圖11.5-2

所示。圖11.5-2雙縫干涉圖樣⑴概念2.光的干涉的知識點

當(dāng)兩列光波在空中相遇時，在不同的地點產(chǎn)生了穩(wěn)定的加強(qiáng)或減弱，在相遇空間形成明暗相間條紋的現(xiàn)象，稱為光的干涉。⑵光的干涉條件①光的頻率相同；②光的振動方向相同；③光的相位差恒定。這樣的兩列光稱為相干光，相遇時才會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。⑶光的干涉現(xiàn)象，證實了光具有波動性。3.光的干涉的應(yīng)用

利用光的干涉原理制成各種干涉儀器用于精密測量與檢驗。如檢驗工件的平整程度就常用干涉法。⑴裝置及原理單色光標(biāo)準(zhǔn)件被測平面薄片

在被檢查平面上放一透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，在一端墊一薄片，使二者之間形成一個楔關(guān)的空氣薄層。用單色光照射時，從空氣層上下兩個表面反射的光波產(chǎn)生干涉條紋。⑵檢測原理

用單色光照射時，從空氣層上下兩個表面反射的光波產(chǎn)生干涉條紋。①被測表面是平的，干涉條紋是一組平行直線。②被測表面不平，干涉條紋就會發(fā)生彎曲。③從干涉條紋的彎曲方向和程度可以判斷出被測物體表面凸或凹的情況，測量精度高達(dá)10-8m。被測平面是平的被測平面是不平的

二、光的衍射1.概念

光能夠進(jìn)入障礙物后面區(qū)域的現(xiàn)象稱為光的衍射，衍射時出現(xiàn)的明暗條紋或光環(huán)稱為衍射圖樣。2.光的衍射實驗（圖11.5-3）圖11.5-3光的小孔衍射

用光照射帶有圓孔的遮光板，在其后面的屏幕上看到一個圓的亮點，縮小孔的大小，亮點的大小液隨之變小。當(dāng)通過的小孔縮小到一定程度時，在屏幕上出現(xiàn)的不再是圓形亮點，而是在中心亮點的周圍出現(xiàn)了許多明暗相同的同心圓環(huán)，其范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于孔的大小，超出了光的直線傳播范圍。2.光的衍射條件

光遇到大小可跟光的波長相比擬的障礙物或孔隙時，才會出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象。試一試：

要觀察光的衍射現(xiàn)象，也可以用一些簡便的方法。例如：⑴瞇起眼睛透過睫毛的縫隙或通過手指間的縫隙看遠(yuǎn)方的光源。⑵把兩支鉛筆緊并在一起，與日光燈平行，從鉛筆中間的縫隙去看發(fā)光的日光燈。3.

光的衍射現(xiàn)象又一次證明光具有波動性。

三、光的偏振光的干涉和衍射現(xiàn)象都說明光是一種波，但它是橫波還是橫波呢？我們用機(jī)械波來說明橫波和縱波的主要區(qū)別。1.

橫波和縱波的主要區(qū)別

如果在橫波傳播的方向上放一個帶有狹縫的板，當(dāng)狹縫的方向和繩的振動方向相同時，繩上的波才能順利通過狹縫。如果狹縫的方向與振動方向垂直，繩上的波就不能通過狹縫,這種現(xiàn)象稱為橫波的偏振。（如圖11.5-4所示）11.5-4橫波的偏振

⑴

橫波的偏振⑵縱波不發(fā)生偏振

縱波的振動方向和傳播方向一致，不論狹縫方向如何都能通過狹縫。（如圖11.5-5所示）圖11.5-5縱波不發(fā)生偏振

2.光的偏振現(xiàn)象（圖11.5-6）

用偏振片A對著陽光或燈光，以入射光的方向為軸旋轉(zhuǎn)A片，會看到透過A的光強(qiáng)度并不隨A片的旋轉(zhuǎn)而改變。

把A固定，以入射光方向為軸旋轉(zhuǎn)偏振片B時，從B透射過來的光的強(qiáng)度發(fā)生周期性變化：當(dāng)B片轉(zhuǎn)到某一位置時，透射光最強(qiáng)，再由此位置轉(zhuǎn)過90°

，透射光最弱，幾乎看不見。圖11.5-6光的偏振

光發(fā)生了偏振，而光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波。

四、光的電磁說1.光的電磁說的提出

19世紀(jì)60年代，英國物理學(xué)家麥克斯韋指出光是一種電磁波，并且是橫波，它在真空中的傳播速度和光速c相同。2.光的電磁說的驗證

19世紀(jì)80年代，德國物理學(xué)家赫茲，用實驗證實了電磁波跟光一樣，也具有反射、折射、干涉、衍射和偏振等特性，從而證明光是一種電磁波。

上述實驗說明：五、電磁波譜（圖11.5-7）圖11.5-7電磁波譜㈠

無線電波1.波長范圍

波長大于1mm2.特性傳播過程中波動性明顯3.應(yīng)用無線電技術(shù)

㈡

紅外線1.波長范圍

是一種光波，波長比無線電波短比可見光長，波長介于750nm～１×106nm。2.特性特性是熱作用。一切物體都在不停地輻射紅外線物體溫度越高,輻射的紅外線越強(qiáng)。3.應(yīng)用紅外加熱、紅外遙感技術(shù)、夜視儀等。紅外線烤箱紅外線感應(yīng)防盜報警器紅外線成像夜視鏡下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭紅外線測溫

紅外線遙感地圖㈢

可見光1.波長范圍400nm～700nm2.特性能作用于眼睛并引起視覺3.應(yīng)用照明、攝影等4.光的色散⑴復(fù)色光能夠分解為幾種顏色的光叫復(fù)色光。⑵

單色光不能再分解的光叫復(fù)色光。⑶光的色散（圖11.5-8）由復(fù)色光分解成單色光的現(xiàn)象稱為光的色散。

從圖上可以看出，發(fā)生色散時，偏折最小的是紅光，偏折最大是紫光。這是因為棱鏡對各單色光有不同的折射率，對紫光的折射率最大，對紅光的折射率最小。圖11.5-8光的色散注：光的顏色與頻率有關(guān)㈣

紫外線1.波長范圍

紫外線的波長比紫光更短，高溫物體發(fā)出的

光都含有紫外線。2.特性

紫外線有熒光作用，有些物質(zhì)受到紫外線照射時可以發(fā)出可見光。紫外線還具有較強(qiáng)的生理作用，它能使細(xì)胞脫水，達(dá)到殺菌清毒的目的。

3.紫外線應(yīng)用與預(yù)防

陽光中含有大量的紫外線，人體適當(dāng)照射陽光對健康有益，紫外線可以促使人體合成維生素D，有助于人體對鈣的吸收，所以兒童經(jīng)常曬太陽能夠預(yù)防缺鈣引起的佝僂病，但是過多的紫外線會使皮膚粗糙，甚至誘發(fā)皮膚癌。利用紫外線的熒光作用驗鈔紫外線殺菌燈防紫外線雨傘㈤

X射線和γ射線1.波長范圍2.發(fā)現(xiàn)3.特性X射線：10－8m~10－12mγ射線：小于10－10m

X射線由德國物理學(xué)家倫琴1895年發(fā)現(xiàn)，因而又名倫琴射線。穿透能力很強(qiáng)4.

應(yīng)用手的X光片倫琴①X射線的應(yīng)用在工業(yè)上可用于檢查金屬內(nèi)部的砂眼、裂縫等；在醫(yī)學(xué)上常用作人體透視或拍攝人體內(nèi)部組織的照片。②γ射線的應(yīng)用在工業(yè)上常用來探傷，穿透能力高于X射線；醫(yī)療上要用來治療某些癌癥、切除腫瘤；農(nóng)業(yè)可用來照射種子育種，還可消滅或抑制農(nóng)作物害蟲的生長。㈥關(guān)于電磁波譜的幾點強(qiáng)調(diào)

1.

按頻率由小到大（波長由大到?。┡帕行纬傻碾姶挪ㄗV是：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線．波長變短，頻率變大它們的能量越來越大，對物體的穿透本領(lǐng)逐漸提高。

2.

每種元素的原子只能發(fā)射或吸收具有其特征的某些波長的光，這些光組成的光譜線就成為識別各種元素的標(biāo)志，稱為特征譜線或標(biāo)識譜線。

3.

各元素特征譜線的強(qiáng)弱，還可以反映出該元素含量的多少。

4.

利用光譜來確定物質(zhì)化學(xué)成分及含量多昨的方法稱為光譜分析。

光譜分析具有快速和靈敏度高的優(yōu)點。如：分析鋼水的成分；檢測微量元素；檢查半導(dǎo)體材料的純度等。練習(xí)

1.什么是光的干涉和衍射現(xiàn)象？這些現(xiàn)象說明了光的什么特性？

答：當(dāng)兩列光波在空中相遇時，在不同的地點產(chǎn)生了穩(wěn)定的加強(qiáng)或減弱，在相遇空間形成明暗相間條紋的現(xiàn)象，稱為光的干涉。光能夠進(jìn)入障礙物后面區(qū)域的現(xiàn)象稱為光的衍射。這些現(xiàn)象說明了光有波動性。

2.為什么肥皂泡在太陽光的照射下呈現(xiàn)出各種顏色？

答：這是因為一列光在經(jīng)過透明薄層上下兩個面反射時，形成了兩列相干光，它們相互疊加產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象。3.光的偏振現(xiàn)象說明了什么？答：光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波。

5.電磁波類似一個龐大的家族，把它們按照______大小排列起來就成為電磁波譜。電磁波中波長最短的是_____，人們最敏感的光是______。頻率γ射線可見光

4.

光的顏色是頻率決定的，光在不同介質(zhì)中傳播速度不