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红外线|红外线频率波长特征

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什么是红外线

红外线属于电磁波大家庭,指的是波长介于微波与可见光之间的电磁波。红外线的波长在1mm到760纳米(nm)之间,比可见光中红光的长。

红外线是用肉眼看不到的,红外线的频率相对小,折射时的偏折能力相对弱,单个光子的能量小,难以使金属发生光电效应。

高于绝对零度(-273.15℃)的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类:近红外线与远红外线。红外线含热能,太阳的热量主要通过红外线传到地球。

下面我们来对红外线进行具体的解析。对红外线的理解同学们最好借助这篇文章紫外线来对比理解。

红外线示意图

红外线与电磁波谱

我们都知道,黑人属于人类,白人也属于人类。儿童属于人类,老人也属于人类。红外线与电磁波的关系,就是儿童与人类的关系,即红外线属于电磁波大家庭。

如果按照年龄划分,人类大致可以划分为婴儿、儿童、少年、青年、中年、老年。

电磁波大家庭的划分,称之为电磁波谱(这是王尚老师定义的,虽不科学不过便于大家理解),其划分也是依赖类似年龄的物理量,频率。

按照频率的划分,电磁波谱大家庭成员如下图所示:

电磁波谱

频率由高到低,电磁波谱可划分为:无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。

红外线的频率

由上面电磁波谱图像可知,红外线的频率小。

可见光包括七彩光,颜色有:红橙黄绿蓝靛紫,这也是按照频率有小到大排列的。对比可见光,在电磁波谱中红外线是比红光还要靠左的光,即红外线的频率比可见光中的红光更小。

当然了,红外线的频率比紫外线更低。

红外线的波长

我们在学机械振动机械波的时候提到了波长、频率与波速的关系式:v=λf,即波速等于波长乘以频率。

所有电磁波的传播速度都是光速c,因此有c=λf,所以波长与频率时成反比例的。上面我们知道了红光的频率相对较小,因此其波长大。

红外线的波长是要大于紫外线的。

红外线的两大效应

红外线的应用:遥控器

这里,我们从高考物理应试的角度来分析常考到的红外线两大效应,这是常考点王尚老师请同学们记牢固。红外线两大效应分别是:

(1)红外线的热效应

日常生活中的典型应用就是:红外线加热(微波炉)

(2)红外线的信号传输特点

日常生活中的典型应用就是:红外线遥控(电视机遥控器)

红外线的产生机理

红外线是由原子外层电子激发跃迁产生的。

红外线的折射率

说红外线的折射率其实是不对的,不科学的,因为只有介质才有折射率。比如,我们高中物理有实验是测量玻璃砖的折射率。不同频率的光,对应着不同的颜色,这些光通过相同的介质,偏折程度是不同的。红外线的折射效果比较差。而紫光的折射效果比较强。

光的色散的本质就是不同光对玻璃的折射程度不同。

光的色散

红外线光子能量

根据物理公式ε=hf,其中h为普朗克常量。

由公式wuli.in可知,光子的能量与频率成正比例,频率大的光子能量更大。

相对而言,红外线光子的能量小,而紫外线的能量大。

红外线与光电效应

红外线与光电效应

光电效应公式为:hf=W+Ek;

上述公式的理解是:单色光照射金属板,只要光子的能量足够大,可以激发出金属中的电子来。

王尚老师辅导书物理自诊断每道题都有视频讲解,哪道题不会扫题旁二维码即可看视频,学习更高效,考试分数更高,欢迎添加微信teacherws咨询。在能量上满足,光子的能量,等于逸出功与电子最大初动能之和。通过公式可以看出,频率越大的光子,能量越大,越容易激发出金属表面的电子来。

因此,红光难以发生光电效应,而紫光由于频率大,能量大,更容易发生光电效应。

这部分内容比较难也特别不容易记牢,同学们要好好利用物理自诊断的典型题与王尚老师视频来强化理解和记忆。

红外线与波粒二象性

红外线更容易显示出波动性,而紫外线更容易显示出粒子性。

在电磁波谱中,频率越小,波动性就越明显,而频率越大,粒子性就明显。这一点请看文章波粒二象性

红外线与紫外线的特点对比

红外线的波长更长,折射能力弱,频率小,光子能量小,不容易发生光电效应,波动性强而粒子性差。

紫外线的波长更短,折射能力强,频率大,光子能量大,更容易发生光电效应,波动性差而粒子性强。

参考文献

波的干涉与衍射http://gaozhongwuli.com/zongjie/x34/481799.html

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

光电管http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481801.html

托马斯杨双缝干涉http://gaozhongwuli.com/zongjie/x34/481805.html

德布罗意波http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481800.html

 

作者:王尚,苏阳。校正:齐思源。版权归属高中物理网(gaozhongwuli.com),严禁转载。

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