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1、本讲稿第一页，共三十二页一一、麦克斯韦简介、麦克斯韦简介三三、电磁波谱、电磁波谱红外线红外线紫外线紫外线伦琴射线伦琴射线二、各种电磁波二、各种电磁波本讲稿第二页，共三十二页光的干涉现象光的干涉现象光的衍射现象光的衍射现象光是一种波光是一种波 19 19世纪中叶，光的波动说已经得到了公认，但是世纪中叶，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？还是像声波呢光波的本质到底是什么，是像水波？还是像声波呢？19 19世纪世纪6060年代，麦克斯韦预言了电磁波的年代，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并从理论上得出电磁波在真空中的传播存在，并从理论上得出电磁波在真空中的传播速度应为：速度应

2、为：光是一种电磁波光是一种电磁波光速光速本讲稿第三页，共三十二页 1 1、麦麦克克斯斯韦韦根根据据电电磁磁理理论论，发发现现电电磁磁波波的的波波速速与光速相同，提出了光是一种电磁波的假说与光速相同，提出了光是一种电磁波的假说 赫兹通过实验证实了光的电磁本质赫兹通过实验证实了光的电磁本质.光的电磁说把光学和电学统一起来了光的电磁说把光学和电学统一起来了关于光的电磁说的几点强调 本讲稿第四页，共三十二页 2 2、光的颜色是由电磁波的频率决定的、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，在介质中波速不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同不同 同一色光在不同介质中，频率

3、（颜色）不变，波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长和波速都要改变 在同一介质中，频率越高，波速越小在同一介质中，频率越高，波速越小关于光的电磁说的几点强调 本讲稿第五页，共三十二页 3 3、电磁波与机械波的比较、电磁波与机械波的比较:共同点：共同点：都能产生干涉和衍射现象；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；它们波动的频率都取决于波源的频率；在不同介质中传播，频率都不变在不同介质中传播，频率都不变 关于光的电磁说的几点强调 本讲稿第六页，共三十二页 3 3、电磁波与机械波的比较、电磁波与机械波的比较:不同点：不同点：机机械械波波的的传传播播一一定

4、定需需要要介介质质，其其波波速速与与介介质质的的性性质质有关，与波的频率无关有关，与波的频率无关 而而电电磁磁波波本本身身就就是是一一种种物物质质，它它可可以以在在真真空空中中传传播播，也可以在介质中传播也可以在介质中传播 电电磁磁波波在在真真空空中中传传播播的的速速度度均均为为3.0103.0108 8m ms s，在在介介质质中中传传播播时时，波波速速和和波波长长不不仅仅与与介介质质性性质质有有关关，还还与频率有关与频率有关返回返回关于光的电磁说的几点强调 本讲稿第七页，共三十二页 （1831183118791879），英国），英国 物理学家物理学家,经典电磁理论的奠基人经典电磁理论的奠基

5、人 1831 1831年年6 6月月1313日出生于爱丁堡日出生于爱丁堡18471847年入爱丁堡年入爱丁堡大学听课，专攻数学他很重视实验，涉猎电化学、大学听课，专攻数学他很重视实验，涉猎电化学、光学、分子物理学以及机械工程等等他说：光学、分子物理学以及机械工程等等他说：“把数把数学分析和实验研究联合使用得到的物理科学知识，学分析和实验研究联合使用得到的物理科学知识，比之一个单纯的实验人员或单纯的数学家所具有的比之一个单纯的实验人员或单纯的数学家所具有的知识更加坚实、有益而牢固知识更加坚实、有益而牢固”麦克斯韦麦克斯韦本讲稿第八页，共三十二页 1850 1850年考入剑桥大学，年考入剑桥大学，

6、18541854年以优年以优 异成绩毕业并获得了学位，留校工异成绩毕业并获得了学位，留校工 作作18561856年起任苏格兰阿伯丁的马年起任苏格兰阿伯丁的马 里沙耳学院的自然哲学讲座教授，直到里沙耳学院的自然哲学讲座教授，直到18741874年经法拉第举荐，自年经法拉第举荐，自18601860年起任伦敦皇家学院的年起任伦敦皇家学院的物理学和天文学教授物理学和天文学教授18711871年起负责筹划卡文迪什年起负责筹划卡文迪什实验室，随后被任命在剑桥大学创办卡文迪什实实验室，随后被任命在剑桥大学创办卡文迪什实验室并担任第一任负责人验室并担任第一任负责人18791879年年1111月月5 5日麦克斯

7、日麦克斯韦因患癌症在剑桥逝世，终年仅韦因患癌症在剑桥逝世，终年仅4848岁岁 本讲稿第九页，共三十二页 麦克斯韦一生从事过多方面的物理学研究工作，最麦克斯韦一生从事过多方面的物理学研究工作，最杰出的贡献是在经典电磁理论方面在剑桥读书期间，杰出的贡献是在经典电磁理论方面在剑桥读书期间，麦克斯韦在读法拉第的电学实验研究时，被书中麦克斯韦在读法拉第的电学实验研究时，被书中的新颖见解所吸引，他敏锐地领会到了法拉第的的新颖见解所吸引，他敏锐地领会到了法拉第的“力力线线”和和“场场”的概念的重要性他注意到全书竟然无的概念的重要性他注意到全书竟然无一数学公式，说明法拉第的学说还缺乏严密的理论形式一数学公式，

8、说明法拉第的学说还缺乏严密的理论形式在老师威廉在老师威廉汤姆孙的启发和帮助下，决心用自己汤姆孙的启发和帮助下，决心用自己的数学才能来弥补法拉第工作的这一缺陷的数学才能来弥补法拉第工作的这一缺陷 本讲稿第十页，共三十二页麦克斯韦麦克斯韦18551856论法拉第力线论法拉第力线 这是麦克斯韦用数学工具表达法拉第学说的开端这是麦克斯韦用数学工具表达法拉第学说的开端18611862论物理力线论物理力线 在这一文中的思想已经超过法拉第，不仅对各在这一文中的思想已经超过法拉第，不仅对各种电磁现象的联系，提供了统一的解释，而且挖种电磁现象的联系，提供了统一的解释，而且挖掘出更深入的内在本质，这是麦克斯韦为电

9、磁场掘出更深入的内在本质，这是麦克斯韦为电磁场理论建立迈出的关键性一步。理论建立迈出的关键性一步。1865电磁场的动力学理论电磁场的动力学理论 在实验事实及动力学的基础上构筑了一座全新在实验事实及动力学的基础上构筑了一座全新的电磁学理论大厦。的电磁学理论大厦。18651873电磁理论电磁理论 被认为可以和牛顿的自然哲学的数学原理被认为可以和牛顿的自然哲学的数学原理交相辉映麦克斯韦的电磁理论成为经典物理交相辉映麦克斯韦的电磁理论成为经典物理学的重要支柱之一学的重要支柱之一 （18311879）本讲稿第十一页，共三十二页 麦克斯韦的电磁场理论从超距作用过渡到以场麦克斯韦的电磁场理论从超距作用过渡到

10、以场为基本变量，是科学认识的一个革命性变革，根据为基本变量，是科学认识的一个革命性变革，根据研究，麦克斯韦大胆断言：研究，麦克斯韦大胆断言：光本身就是电磁波光本身就是电磁波 18861888年间赫兹做了一系列实验证实了电年间赫兹做了一系列实验证实了电磁波的存在，并且测出了实验中的电磁波频率和波磁波的存在，并且测出了实验中的电磁波频率和波长，从而计算出电磁波的传播速度，发现电磁波的长，从而计算出电磁波的传播速度，发现电磁波的速度确实与光速相同，证明了光的电磁说的正确性速度确实与光速相同，证明了光的电磁说的正确性这样麦克斯韦的电磁场理论就把电、磁、光学规这样麦克斯韦的电磁场理论就把电、磁、光学规律

11、统一起来，完成了人类认识史上的一次律统一起来，完成了人类认识史上的一次“大综合大综合”返回返回本讲稿第十二页，共三十二页红外线红外线 在电磁波中，能够作用于人的眼睛并引起视觉的，在电磁波中，能够作用于人的眼睛并引起视觉的，只是一个很窄的波段，通常叫做可见光。只是一个很窄的波段，通常叫做可见光。其中波长最短的是紫光，波长约为其中波长最短的是紫光，波长约为400400nmnm波长最长波长最长的是红光，波长约为的是红光，波长约为770770nm.nm.波长更长的光不能引起视觉，叫做红外线，红波长更长的光不能引起视觉，叫做红外线，红外线的波长范围很宽外线的波长范围很宽.约为约为 770 770nmnm

12、10106 6 nmnm本讲稿第十三页，共三十二页红外线红外线 一切物体一切物体,都在辐射红外线都在辐射红外线.物体温度越高物体温度越高,辐射的红外线越强辐射的红外线越强.物体温度越高物体温度越高,辐射的红外线波长越短辐射的红外线波长越短.热辐射热辐射-即红外线辐射即红外线辐射,热传递方式之一热传递方式之一本讲稿第十四页，共三十二页利用灵敏的红外线探测器利用灵敏的红外线探测器接收物体发出的红外线，接收物体发出的红外线，用电子仪器对收到的信号用电子仪器对收到的信号进行处理，就可以知道被进行处理，就可以知道被测物体的信息测物体的信息 红外线主要作用红外线主要作用是热作用，可以利是热作用，可以利用红

13、外线来加热物用红外线来加热物体和进行红外线遥体和进行红外线遥感感 红外线技红外线技术的应用术的应用注意注意:烤箱中的红光烤箱中的红光,不是红不是红外线外线,红外线是看不见的红外线是看不见的.本讲稿第十五页，共三十二页红外线感应防盗报警器红外线感应防盗报警器 它它是是将将红红外外线线遥遥感感探探测测技技术术和和无无线线数数码码遥遥控控技技术术结结合合的的高高科科技技新新型型产产品品，利利用用人人体体所所产产生生的的微微弱弱红红外外线线而而触触发发。当当有有人人试试图图进进入入它它的的探探测测范范围围时时，它它就就会会发发出出警警报声，直到人离开才停止。报声，直到人离开才停止。本讲稿第十六页，共三

14、十二页红外线反射型检测传感器红外线反射型检测传感器它是一种一体化的红外线发射、接收器件，内部包它是一种一体化的红外线发射、接收器件，内部包含红外线发射、接收及信号放大与处理电路，能够含红外线发射、接收及信号放大与处理电路，能够以非接触的形式检测出前方一定范围内的人体或物以非接触的形式检测出前方一定范围内的人体或物体。工作稳定可靠，性能优良，可广泛应用于各种体。工作稳定可靠，性能优良，可广泛应用于各种自动检测、报警和控制等装置中。如：光电计数器，自动检测、报警和控制等装置中。如：光电计数器，接近式照明开关，自动干手器，自控水龙头，接近式照明开关，自动干手器，自控水龙头，感应门铃，倒车告警电路感应

15、门铃，倒车告警电路本讲稿第十七页，共三十二页红外线水分计红外线水分计 利用红外线照射加温功能利用红外线照射加温功能,使被使被测试样本内的水分蒸发散失测试样本内的水分蒸发散失,自动换自动换算其含水率算其含水率,适用于各形式的产品水适用于各形式的产品水分测定分测定,依其功能特性可分为上皿依其功能特性可分为上皿天平式、电子天平式、陶瓷热管天平式、电子天平式、陶瓷热管式及最新研发产品式及最新研发产品-微量水分计微量水分计本讲稿第十八页，共三十二页红外温度变送器红外温度变送器 它它是是一一个个非非接接触触测测量量系系统统，根根据据红红外外辐辐射射的的测测量量原原理理，由由一一个个滤滤镜镜和和红红外外探探

16、测测器器(热热电电偶偶堆堆)组组成成。使用时对准目标物体，能测量物体的温度使用时对准目标物体，能测量物体的温度返回返回本讲稿第十九页，共三十二页紫外线紫外线 紫外线也是不可见光，他的波长比紫光还短，大约紫外线也是不可见光，他的波长比紫光还短，大约为为5 5nmnm40nm40nm紫外线有荧光作用，有些物质受到紫外线有荧光作用，有些物质受到紫外线照射时可以发出可见光紫外线照射时可以发出可见光 紫外线可以促使人体合成维生素紫外线可以促使人体合成维生素D D，有助于人体对，有助于人体对钙的吸收，所以儿童经常晒太阳能够预防缺钙引起钙的吸收，所以儿童经常晒太阳能够预防缺钙引起的佝偻病，但是过多的紫外线会

17、使皮肤粗糙，甚至的佝偻病，但是过多的紫外线会使皮肤粗糙，甚至诱发皮肤癌诱发皮肤癌 紫外线能够杀灭多种细菌，可以用紫外线进行紫外线能够杀灭多种细菌，可以用紫外线进行消毒消毒注意：红外线与紫外线人眼都是看不到的注意：红外线与紫外线人眼都是看不到的本讲稿第二十页，共三十二页 画面上可以清晰的看到钱币画面上可以清晰的看到钱币上的防伪标记上的防伪标记 返回返回紫外线紫外线注意注意:消毒灯、验钞机灯看起消毒灯、验钞机灯看起来是淡蓝色的。这不是紫外来是淡蓝色的。这不是紫外线。线。紫外线看不见。紫外线看不见。消毒灯、验钞机灯除发出消毒灯、验钞机灯除发出紫外线外，还发出少量紫光紫外线外，还发出少量紫光和蓝光和蓝

18、光本讲稿第二十一页，共三十二页伦琴射线伦琴射线 波长比紫外线更短的光叫做伦琴射线，也叫波长比紫外线更短的光叫做伦琴射线，也叫X X射射线线.是德国物理学家伦琴在是德国物理学家伦琴在18951895年发现的他的穿透能年发现的他的穿透能力很强，能使包在黑纸里的照像底片感光，下图是产力很强，能使包在黑纸里的照像底片感光，下图是产生生X X射线的装置，叫做射线的装置，叫做X X射线管：射线管：1 1、K K是阴极是阴极2 2、A A是阳极是阳极（也叫对阴极）（也叫对阴极）本讲稿第二十二页，共三十二页 此外还有比伦琴射线波长更此外还有比伦琴射线波长更短的电磁波，那就是短的电磁波，那就是射线，我射线，我们

19、将在以后学习们将在以后学习返回返回本讲稿第二十三页，共三十二页点点击击画画面面观观看看动动画画电磁波谱电磁波谱波长短波长长频率高频率低本讲稿第二十四页，共三十二页 按按频频率率由由小小到到大大（波波长长由由大大到到小小）排排列列形形成成的的电电磁磁波波谱谱是是：无无线线电电波波、红红外外线线、可可见见光光、紫紫外线、伦琴射线、外线、伦琴射线、射线射线 这这些些频频率率不不同同的的电电磁磁波波本本质质是是相相同同的的它它们们的行为服从共同的规律，的行为服从共同的规律，但但是是他他们们产产生生的的机机理理不不同同，因因而而具具有有不不同同的的特特性在观察方法和应用上也有所不同性在观察方法和应用上也

20、有所不同 关于电磁波谱的几点强调关于电磁波谱的几点强调 本讲稿第二十五页，共三十二页1 1不同电磁波产生的机理不同电磁波产生的机理 无线电波是振荡电路中自由电子作周期性的运动无线电波是振荡电路中自由电子作周期性的运动产生的产生的 红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发产生的产生的 伦琴射线是原子内层电子受激发产生的伦琴射线是原子内层电子受激发产生的 射线是原子核受激发产生的射线是原子核受激发产生的关于电磁波谱的几点强调关于电磁波谱的几点强调 本讲稿第二十六页，共三十二页2 2、频率、频率(波长波长)不同的电磁波表现出作用不同不同的电磁波表现出作用不

21、同 红红外外线线主主要要作作用用是是热热作作用用，可可以以利利用用红红外外线线来来加热物体和进行红外线遥感；加热物体和进行红外线遥感；紫紫外外线线主主要要作作用用是是化化学学作作用用，可可用用来来杀杀菌菌和和消消毒；毒；伦伦琴琴射射线线有有较较强强的的穿穿透透本本领领，利利用用其其穿穿透透本本领领与与物物质质的的密密度度有有关关，进进行行对对人人体体的的透透视视和和检检查查部部件的缺陷；件的缺陷；射射线线的的穿穿透透本本领领更更大大，在在工工业业和和医医学学等等领领域域有有广泛的应用，如探伤，测厚或用广泛的应用，如探伤，测厚或用刀进行手术刀进行手术关于电磁波谱的几点强调关于电磁波谱的几点强调

22、返回返回本讲稿第二十七页，共三十二页 利用红外线检测人体的健康状态，本图片是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判断病变区域返回本讲稿第二十八页，共三十二页 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返回本讲稿第二十九页，共三十二页 红外线卫星云红外线卫星云图显示一九九九图显示一九九九年九月十六日台年九月十六日台风约克于清晨靠风约克于清晨靠近香港时近香港时,中心的中心的风眼清晰可见风眼清晰可见返回本讲稿第三十页，共三十二页行星状星云行星状星云NGC 7027NGC 7027的红外线照片的红外线照片返回本讲稿第三十一页，共三十二页本讲稿第三十二页，共三十二页