师:同学们,大家好,欢迎来到物理课堂。今天我们的课题是走进红外线的世界,这是本节课的学习目标。下面老师给同学们表演一个魔术,请看,你们能看到几束光?
生:我看见了两束光,一束红光,一束绿光。
师:嗯,仔细观察的同学还会发现上面有个类似的发光装置,但是没看到有光束发射出来,难道发光装置没打开吗?如果把一根火柴移到这里,发现火柴燃烧起来了。
生:为什么会这样呢?
师:火柴燃烧起来,说明此时火柴头的温度达到了它的着火点。是什么使火柴头的温度升高了呢?下面由老师给同学们揭秘。我们将重做这个实验,不过这边会用特殊的摄像头来观看实验过程。
(通过摄像头连接的屏幕,能看到有三束光)
师:这就说明这个发光装置其实发出了一束我们人眼无法直接看到的光,这就是我们这节课要研究的红外线。人眼可感知的太阳光谱有一定范围,其中波长从0.76微米到1000微米的电磁波叫做红外线,肉眼不可见。那问题来了,红外线既然肉眼不可见,又是如何被发现的呢?1666年,牛顿通过实验告诉人们,太阳光是可以被分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光。1800年,英国天文学家赫歇尔无意间发现了红外线。故事是这样的,根据生活常识,太阳光能给人带来热量,物体被太阳光照射时,温度就会升高。赫歇尔开始思考,不同色光的制热效果一样吗?为搞清楚这个问题,赫歇尔开始了实验研究,他做了一个色散实验,得到一个彩色光带。接下来该怎么做呢?如果只用眼睛看,肯定发现不了新现象,得换个方式。于是赫歇尔把温度计放到各种颜色的光下面,且在光带两边放上温度计做对比,观察温度计示数变化。结果发现,在七色光照射下,温度计示数都升高了。
(令他惊讶的是,红光外侧区域的温度计示数最高)
师:赫歇尔当时第一反应,难道是温度计出了问题?他换用不同温度计,多次反复实验,发现结果一样。他又思考,离红光区更远的区域温度会不会升得更高呢?于是他将温度计移到离红区更远的区域,可这时温度不再增加,反而降到室温。
经过反复实验研究,赫歇尔断定在红区附近区域并非什么都没有,也有能量辐射。虽然人眼看不到,但存在一种能让物体温度升高的东西,就称它为红外线。真的是这样吗?接下来老师带同学们重做赫歇尔的实验。这里用到的实验器材有三棱镜一个,电子温度计3个,这是电子温度计对应的显示屏。现将三个电子温度计固定在白板上,把白板放入纸皮箱里,让温度计探头处于黑箱状态,然后给纸皮箱开个小方孔,利用三棱镜把太阳光分解成7种色光,且刚好通过纸箱方孔打到白板上。
(刚开始三个电子探头初始温度显示都为室温27.0摄氏度。通过调节三棱镜角度和白板位置,使三个温度计探头依次置于可见光照射区域、红光附近区域、远离红光照射区域。过一段时间后,三个位置的温度计示数分别是27.2摄氏度、27.6摄氏度、27.0摄氏度)
师:通过这个实验再次说明红外线的确存在,且红外线具有较强的制热作用。科学家们研究发现,任何物体只要温度高于绝对零度,例如人体、大地、0摄氏度的冰、干冰,每时每刻都会以红外线的形式向外辐射能量。当物体温度升高,它向四周辐射的能量会增强。红外辐射特性、辐射能量大小、波长分布等都与物体表面温度密切相关。物体温度不同,对外辐射的红外线波长强度不同。如果有一种仪器能测量物体辐射红外线的强弱,不就能准确测定该物体表面的温度?大家在生活中见过类似这样的装置吗?
