光与电磁波

Light and Electromagnetic Waves

光是电磁波：电场和磁场相互垂直振动并传播。无需介质，在真空中约以 3×10⁸ m/s 前进，按波长从γ射线到无线电波名称不同。眼睛能看到的可见光只是电磁波谱中极小的一段。在这一页，你可以拖动波长滑块，看看谱的各个区域分别叫什么。

光是电磁波!

💡 光的本质

①光是电场和磁场相互垂直振动并传播的波

②无介质也可传播 — 也能穿越太空(真空中c = 3×10⁸ m/s)

③按波长从γ射线到无线电波命名不同

④可见光只是电磁波的极小部分!

电磁波谱

波长 λ550 nm

🌈 可见光范围

①可见光:380nm(紫) ~ 780nm(红)

②紫光(λ短) → 能量高 / 红光(λ长) → 能量低

③紫外线:晒伤皮肤的原因 = 能量高于可见光

④红外线:遥控器、热成像相机

总结

List电磁波类型特点

γ射线

核反应释放,医用消毒

λ < 0.01 nm

X射线

骨骼摄影,穿透力强

0.01 ~ 10 nm

紫外线

消毒、晒伤、合成维生素D

10 ~ 380 nm

可见光

人眼可感知的唯一波段

380 ~ 780 nm

红外线

热能、遥控、热成像

780 nm ~ 0.1 mm

微波

微波炉、通信

0.1 mm ~ 10 cm

无线电波

电视、广播、手机通信

> 10 cm

光子能量 E = hf

光子能量

E = hf = hcλ

h = 6.63×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s

✨ 波粒二象性

①光既是波(干涉·衍射)又是粒子(光电效应)

②光电效应:光照金属时电子被打出

③低于阈值频率时无论光多强都不发射电子

④因为光以hf的能量量子(光子)作用

⑤爱因斯坦凭解释光电效应获诺贝尔奖(1921)

例题演练

例题 1

真空中频率为 5×10¹⁴ Hz 的光的波长是多少？（c = 3×10⁸ m/s）

由 c = fλ，得 λ = c/f。

λ = cf

代入 c = 3×10⁸, f = 5×10¹⁴。

λ = 3×10⁸5×10¹⁴ = 6×10^-7 m

▸ 6×10⁻⁷ m（600 nm）

真空中所有光速度均为 c。用 λ = c/f 求波长。600 nm 处于橙光区。

例题 2

光 A（紫外线）与 B（红外线）中，光子能量更大的是哪个，原因是什么？

光子能量 E = hf，频率越大能量越大。

E = hf

紫外线波长比红外线短，故频率更大（c = fλ）。

λ_UV < λ_IR ⇒ f_UV > f_IR ⇒ E_UV > E_IR

▸ A（紫外线）能量更大

波长越短，频率与光子能量越大。这正是紫外线、X 射线危险的原因。

总结

速度

c = fλ

3×10⁸ m/s

能量

E = hf

光子能量

高考类型变式

将下列电磁波按波长从长到短正确排列的是？

①无线电波 > 红外线 > 可见光 > X 射线

②X 射线 > 可见光 > 红外线 > 无线电波

③可见光 > 红外线 > 无线电波 > X 射线

④红外线 > 无线电波 > X 射线 > 可见光

⑤无线电波 > 可见光 > 红外线 > X 射线

▸ ① 无线电波 > 红外线 > 可见光 > X 射线

电磁波谱按波长由长到短：无线电波 > 微波 > 红外线 > 可见光 > 紫外线 > X 射线 > 伽马射线。

无线电波（长 λ）→ 伽马射线（短 λ）

将给定四者按此顺序排列，①正确。

无线电波 > 红外线 > 可见光 > X 射线

🎯 考试重点

①所有电磁波在真空中速度均为 c = 3×10⁸ m/s

②波长越短 f↑、E↑(γ射线最危险)

③可见光范围:380nm(紫) ~ 780nm(红)

④波粒二象性:干涉·衍射→波 / 光电效应→粒子

⑤光电效应:E = hf − W(逸出功) — 低于阈值频率不发射