电磁学教案幻灯片.ppt

8.2.4 光的电磁理论 十七世纪，当人们几何光学的规律有了初步认识，并在生产和科学研究中有了一定应 用之后，开始探索光的本性。最早的理论是牛顿为代表提出的微粒说，他们认为光是按照 力学定律运动的微小粒子流。这种理论在十七、十八世纪占据着统治的地位。但是和牛顿 同时代的惠更斯于1687年首先提出了光的波动说，他认为光是在一种特殊弹性媒质“以太” 中传播的机械波，并设想光是纵波。到十九世纪初，托马斯·杨和菲涅耳等人研究了光的 干涉、衍射现象，初步测定了光的波长，发展了光的波动理论；特别是他们根据光的偏振 现象，确定了光是横波。后来又经过许多人的努力，到了十九世纪中叶，微粒说被抛弃， 确定了光的波动理论。不过，这时的波动理论没有跳出机械论的范围。 对光的波动理论有进一步推动作用的，是光速的测量。十九世纪中叶，许多人用不同 的方法对光速进行了测量，其中重要的结果有： 1849年斐索 314 000 000米/秒 1850年傅科 298 360 000米/秒 前已述及，按照麦克斯韦的理论,电磁波是横波,它在真空中的传播速度为 。 只与电磁学公式中的比例系数 、 有关，是一个普适常数。这结论是麦克斯韦在1865 8.2.4 光的电磁理论 年预言的，在此之前1856年韦伯和柯耳劳许已通过实验测量比例系数，确定了这个常数的 数值为 = 310 740 000米/秒。 当时科学上已经知道，这样大的速度是任何宏观物体(包括天体)和微观物体(如分子)所没 有的，只有光速可与之比拟。从数值上看，这个常数 也与已测得的光速吻合得相当好。 由此，麦克斯韦得出这样的结论：光是一种电磁波， 就是光在真空中的传播速度。 前面的式(8.29)表明，在介质中的电磁波速 为真空中的 倍： （8.43） 在光学人们知道,光在透明介质(如水、玻璃等)里面的传播速度 也是小于真空中的光速 的。光学中二者的比值一折射率 ,即 （8.44） 将式(8.44)和(8.43)比较一下,便可得知,如果光是电磁波话的,则有 （8.45） 8.2.4 光的电磁理论 对于非铁磁质， ，从而 （8.46） 这公式从理论上把光学和电磁学两个不同领域中的物理量联系起来了。 光与电磁波的同一性不仅表现出在传播速度相等这一点上，上节已指出，赫兹等人所 作的大量实验事实从各方面证实了光确是一种电磁波。过去光学和电磁学是两个彼此独立 的领域，从此以后联系在一起了。 8.2.4 电磁波谱 自从赫兹应用电磁振荡的方法产生了电磁波，并证明电磁波的性质与光波的性质相 同以后，人们又进行了许多实验，不仅证明光是一种电磁波，而且发现了更多形式的电磁 波。1895年伦琴发现了一种新型的射线，后来称之为X射线；1896年贝克勒耳又发现放射 性辐射。科学实践证明，X射线和放射性辐射中的一种 射线都是电磁波。这些电磁波本 质上完全相同，只是频率或波长有很大差别。例如光波的频率比无线电波的频率要高得多， 而X射线和 射线的频率则更高。为了对各种电磁波有个全面了解，我们可以按照波长或 频率的顺序把这些电磁波排列起来，这就是所谓电磁波谱。 习惯上常用真空中的波长作为电磁波谱的标度，我们知道，任何频率的电磁波在真空 中都是以速度 米/秒传播的，所以在真空中电磁波的波长 与频率 成比 （8.47） 应用这公式可将电磁波的频率换算成真空中的波长。图8-18是按频率和波长两种标度绘制 的电磁波谱，由于电磁波的波长或频率范围很广，只可能用对数标度划出。 首先我们看无线电波，由于辐射强度随频率的减少而急剧下降，因此波长为几百千米 ( 厘米)的低频电磁波通常不为人们注意，实际中用的无线电波是从波长 约几千米 8.2.4 电