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    紅外線|紅外線頻率波長特征

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    什么是紅外線

    紅外線屬于電磁波大家庭,指的是波長介于微波與可見光之間的電磁波。紅外線的波長在1mm到760納米(nm)之間,比可見光中紅光的長。

    紅外線是用肉眼看不到的,紅外線的頻率相對小,折射時的偏折能力相對弱,單個光子的能量小,難以使金屬發生光電效應。

    高于絕對零度(-273.15℃)的物質都可以產生紅外線。現代物理學稱之為熱射線。醫用紅外線可分為兩類:近紅外線與遠紅外線。紅外線含熱能,太陽的熱量主要通過紅外線傳到地球。

    下面我們來對紅外線進行具體的解析。對紅外線的理解同學們最好借助這篇文章紫外線來對比理解。

    紅外線示意圖

    紅外線與電磁波譜

    我們都知道,黑人屬于人類,白人也屬于人類。兒童屬于人類,老人也屬于人類。紅外線與電磁波的關系,就是兒童與人類的關系,即紅外線屬于電磁波大家庭。

    如果按照年齡劃分,人類大致可以劃分為嬰兒、兒童、少年、青年、中年、老年。

    電磁波大家庭的劃分,稱之為電磁波譜(這是王尚老師定義的,雖不科學不過便于大家理解),其劃分也是依賴類似年齡的物理量,頻率。

    按照頻率的劃分,電磁波譜大家庭成員如下圖所示:

    電磁波譜

    頻率由高到低,電磁波譜可劃分為:無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線及γ射線。

    紅外線的頻率

    由上面電磁波譜圖像可知,紅外線的頻率小。

    可見光包括七彩光,顏色有:紅橙黃綠藍靛紫,這也是按照頻率有小到大排列的。對比可見光,在電磁波譜中紅外線是比紅光還要靠左的光,即紅外線的頻率比可見光中的紅光更小。

    當然了,紅外線的頻率比紫外線更低。

    紅外線的波長

    我們在學機械振動機械波的時候提到了波長、頻率與波速的關系式:v=λf,即波速等于波長乘以頻率。

    所有電磁波的傳播速度都是光速c,因此有c=λf,所以波長與頻率時成反比例的。上面我們知道了紅光的頻率相對較小,因此其波長大。

    紅外線的波長是要大于紫外線的。

    紅外線的兩大效應

    紅外線的應用:遙控器

    這里,我們從高考物理應試的角度來分析常考到的紅外線兩大效應,這是常考點王尚老師請同學們記牢固。紅外線兩大效應分別是:

    (1)紅外線的熱效應

    日常生活中的典型應用就是:紅外線加熱(微波爐)

    (2)紅外線的信號傳輸特點

    日常生活中的典型應用就是:紅外線遙控(電視機遙控器)

    紅外線的產生機理

    紅外線是由原子外層電子激發躍遷產生的。

    紅外線的折射率

    說紅外線的折射率其實是不對的,不科學的,因為只有介質才有折射率。比如,我們高中物理有實驗是測量玻璃磚的折射率。不同頻率的光,對應著不同的顏色,這些光通過相同的介質,偏折程度是不同的。紅外線的折射效果比較差。而紫光的折射效果比較強。

    光的色散的本質就是不同光對玻璃的折射程度不同。

    光的色散

    紅外線光子能量

    根據物理公式ε=hf,其中h為普朗克常量。

    由公式wuli.in可知,光子的能量與頻率成正比例,頻率大的光子能量更大。

    相對而言,紅外線光子的能量小,而紫外線的能量大。

    紅外線與光電效應

    紅外線與光電效應

    光電效應公式為:hf=W+Ek;

    上述公式的理解是:單色光照射金屬板,只要光子的能量足夠大,可以激發出金屬中的電子來。

    王尚老師輔導書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高,歡迎添加微信teacherws咨詢。在能量上滿足,光子的能量,等于逸出功與電子最大初動能之和。通過公式可以看出,頻率越大的光子,能量越大,越容易激發出金屬表面的電子來。

    因此,紅光難以發生光電效應,而紫光由于頻率大,能量大,更容易發生光電效應。

    這部分內容比較難也特別不容易記牢,同學們要好好利用物理自診斷的典型題與王尚老師視頻來強化理解和記憶。

    紅外線與波粒二象性

    紅外線更容易顯示出波動性,而紫外線更容易顯示出粒子性。

    在電磁波譜中,頻率越小,波動性就越明顯,而頻率越大,粒子性就明顯。這一點請看文章波粒二象性

    紅外線與紫外線的特點對比

    紅外線的波長更長,折射能力弱,頻率小,光子能量小,不容易發生光電效應,波動性強而粒子性差。

    紫外線的波長更短,折射能力強,頻率大,光子能量大,更容易發生光電效應,波動性差而粒子性強。

    參考文獻

    波的干涉與衍射http://www.q6113.com/zongjie/x34/481799.html

    光的折射http://www.q6113.com/zongjie/x34/481806.html

    光電管http://www.q6113.com/zongjie/x35/481801.html

    托馬斯楊雙縫干涉http://www.q6113.com/zongjie/x34/481805.html

    德布羅意波http://www.q6113.com/zongjie/x35/481800.html

     

    作者:王尚,蘇陽。校正:齊思源。版權歸屬高中物理網(www.q6113.com),嚴禁轉載。

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