19世纪初，光的波动说获得很大成功，逐渐得到人们公认。但是当时人们认为光波像机械波一样，需要有传播的媒介，曾假设在宇宙空间充满一种特殊物质“以太”，“以太”应具有的性质：一是很大的弹性（甚至像钢一样），二是极小的密度（比空气要稀薄得多），然而各种证明“以太”存在的实验结果都是否定的，这就使光的波动说在传播媒介问题上陷入了困境。

一、光的电磁波学说

19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出电磁场的理论，预见了电磁波的存在，并提出电磁波是横波，传播的速度等于光速，根据它跟光波的这些相似性，他指出“光波是一种电磁波”——光的电磁波学说。

1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在，测得它传播的速度等于光速，与麦克斯韦的预言符合得相当好，证实了光的电磁说是正确的。

光的电磁理论使人们对光的本性的认识前进了一大步，同时也证明了自然现象之间是相互联系的。

二、光的色散

有时雨后的天空会出现彩虹，那些绚丽的彩色是太阳光从悬浮在空中的细小水滴中折射后出现的。白光怎么会产生出这许多色光呢？牛顿在1665年用棱镜研究了白光产生色光的现象。

牛顿描述他的实验说：“在1665年，我做了一个三角形的玻璃棱柱镜，利用它研究光的色散现象（图4-23）。为了这个目的，我把房间弄成漆黑的，在窗户上凿了一个小孔，让适量的日光射进来，我又把棱镜放在入口处，使光能折射到对面的墙上去。当时我第一次看见由此而产生的鲜明的强烈的光色时，使我感到极大的愉快。”

光通过三棱镜后产生彩色光带，光带偏离白光透射的方向移向棱镜的底面，其中偏离最大的是紫光，偏离最小的是红光，橙、黄、绿、蓝、靛各色光依次分布在红光和紫光之间。这种现象称为光的色散。

从太阳射出来的光是白色的，通过棱镜后，便显现出了自然界中存在着的所有的色光。自然界中的彩虹与此相同。

牛顿把投射在光屏上形成的颜色按一定顺序排列的长条色光带的像叫光谱。

图4-23 光的色散现象

在牛顿以前已有人知道色散现象，认为是玻璃影响太阳光，使它形成了彩色。牛顿的解释是这样的：在白光中已经存在了各种颜色的光，所有的色光混在一起越过星际空间和大气而呈现白光效应，白光是不同颜色光的混合体。当白光通过棱镜时，棱镜把色光各自分开了，如图4-24所示。在彩虹中，雨滴的作用便等于棱镜的作用。

图4-24 光的色散

牛顿用实验证明了自己解释的正确性。

把从第一个棱镜中分出来的某种颜色的光分离出来，让它再通过第二个棱镜，没有产生新的成分，即不再分解为其他颜色的光，如图4-25所示。所以，单色光不能分解为其他颜色的光。

图4-25 单色光不能分解

如果由棱镜分解出来的七色光通过凸透镜会聚，在透镜的焦点上放一个光屏，又得到白光，如图4-26所示。可见，复色光是由单色光复合而成的光。

图4-26 复色光由单色光复合而成

物理上把复色光分解为单色光的现象称为光的色散。

三、电磁波谱(www.daowen.com)

我们已经知到无线电波是电磁波，其波长范围从几十千米到几毫米，又已知光波也是电磁波，其波长不到1微米，可见电磁波是一个很大的家族，作用于我们眼睛并引起视觉的部分，只是一个很窄的波段，称可见光，在可见光波范围外还存在大量的不可见光，如红外线、紫外线等。

1.红外线

1800年英国物理学家赫谢耳用灵敏温度计研究光谱中各色光的热作用时，把温度计移至红光区域外侧，发现温度更高，说明这里存在一种不可见的射线，后来人们称这种射线为红外线。红外线最显著的特点是热效应高，利用红外线加热，能使物体内部发热，加热效率高，效果好。红外线的波长比红光更长，它容易穿透烟雾尘埃，可以利用红外线进行红外摄影（远距离摄影、高空摄影、卫星地面摄影），这种摄影不受白天黑夜的限制；还可以利用红外线进行红外线成像（夜视仪），可以在漆黑的夜间能看见目标。

一切物体都在不停地辐射红外线，包括大地、人体、冰块和车船等，只是不同的物体辐射的红外线波长和强度有所不同而已，利用红外遥感技术，可以在飞机或卫星上勘测地热，寻找水源、监测森林火情，估计农作物的长势和收成，以及预报台风、寒潮等。

2.紫外线

1801年德国的物理学家里特发现，在紫光区域外放置的照相底板会感光，这说明紫光区域外有看不见的射线，后来人们称为紫外线。紫外线的波长比紫光更短，高温物体发出的光都含有紫外线。

紫外线有化学作用，能使照相底片感光。紫外线还有很强的荧光效应，能使很多物质发光。紫外线的这一特性被应用在激发日光灯的灾光物发光和黑光灯（农业上用来诱杀害虫的一种灯）上。

紫外线另外还有杀菌消毒作用。可用于医院里病房和手术室的消毒。勤晒衣被，就是利用太阳光中的紫外线杀菌消毒。

适当地照射紫外线或进行日光浴，能促进身体健康，因为紫外线能促进我们的生理作用和治疗皮肤病、软骨病等。但过强的紫外线会伤害人的眼睛和皮肤，因此电焊工在工作中为了防止弧光中强烈的紫外线伤害，都要戴上防护面具，穿上防护服。

3.伦琴射线（X射线）

1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线的性质时，发现阴极射线（高速电子流）射到玻璃管壁上，管壁会发出一种看不见的射线，伦琴把它叫做X射线。图4-27为现代应用的一种产生X射线的装置——X射线管。

图4-27 X射线管

X射线的波长比紫外线还短，它有很强的穿透本领。医学上用它来透视人体，检查体内的病变和骨折等。工业上用它来检查金属部件有无裂痕、砂眼等缺陷。

此外还有比伦琴射线波长更短的电磁波，如放射性元素放出的γ射线。

4.电磁波谱

无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线按照波长排列起来，就组成了范围广阔的电磁波谱，如图4-28所示。

图4-28 电磁波谱

从无线电波到γ射线，它们都是本质相同的电磁波，但由于它们的频率或波长的不同，又表现出不同的特性，如波长较长的无线电波、红外线、红光等很容易表现出干涉、衍射等现象；而波长较短的X射线、γ射线则不易表现出干涉、衍射现象，但它们的穿透性却很强。

另外，各种电磁波产生的机理也不相同，例如，无线电波产生于振荡电路中；红外线、可见光和紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子内层电子受到激发而产生的；而γ射线是原子核受到激发后产生的

习题4-6

1.按频率大小排列的各种电磁波是（ ）。其中频率越（ ）的电磁波，就越容易出现干涉和衍射现象。

2.观察并想一想，浮于水面上的机油膜为什么呈现出彩色？