第六章 波 6-1 波速、頻率與波長 6-2 波的特性 6-3 都卜勒效應 6-4 光 6-5 電磁波 高中基礎物理(一) 第六章 波 6-1 波速、頻率與波長 6-2 波的特性 6-3 都卜勒效應 6-4 光 6-5 電磁波
6-5 電磁波 電磁輻射原理 電磁波的傳播 電磁波的發現 電磁波譜 範例題
電磁輻射原理 靜電場：靜止不動的電荷在空間中產生不隨時間而改變的電場，稱為靜電場。 靜磁場：等速度移動的電荷或穩定的電流，在空間中可產生不隨時間而變的磁場，稱為靜磁場。 時變電場與時變磁場：加速運動電荷或不穩定電流，同時產生隨時間而變的磁場與電場，此時馬克士威推論電場與磁場會構成電磁波，由波源向外傳播。
電磁波的傳播 電磁波的傳播方向，同時與電場、磁場方向垂直。
電磁波的發現 馬克士威算出電磁波在真空中的傳播速率為 3×108 公尺／秒，即為光在真空中傳播的速率，因而可推論光波是一種電磁波。 赫茲於 1888 年在實驗室以簡單的電荷裝置發射出電磁波，證實了馬克士威的電磁理論。 馬可尼於 1901 年成功的傳送無線電報，開啟無線通訊的時代。
電磁波譜（1/3） 各種電磁波的頻率或真空中的波長之分布。
電磁波譜（2/3） 無線電波（radio wave）：主要應用於無線電視、無線廣播、無線電通訊、雷達、行動電話的訊號傳播。 微波：衛星通訊、家用微波爐。 紅外線：家用電器用品遙控器、物理治療、紅外線觀測與攝影。 可見光：刺激人類產生視覺。
電磁波譜（3/3） 紫外線：紫外線可用來殺菌消毒。太陽輻射中過量的紫外線對人體有害。 X 射線：可穿透肌肉，常用來作為醫學上診斷牙齒、骨骼的工具，另外也用於晶體結構的研究。 γ 射線：具有極高的穿透力，常用於醫學癌症治療上。
範例 １６ 電磁波分布圖
範例 １６ 解答 答 (C) 解 (A)無線電波波長較紅外線長。 (B)微波波長較紅外線長。 (C) X 射線波長較紫外線短、較γ射線長。 範例 １６ 解答 答 (C) 解 (A)無線電波波長較紅外線長。 (B)微波波長較紅外線長。 (C) X 射線波長較紫外線短、較γ射線長。 (D)α射線的本質不是電磁波，而是氦原子核。 (E)β射線的本質不是電磁波，而是電子。
範例 １６ 類題 答 (A) 解 紅光波長較紫光長，A 區又較紅光波長更長。
範例 １７ 電磁波的應用(1/2) 請閱讀下列短文後，回答 1.、2. 題 人們對宇宙的探索，主要是靠觀察星光。因為真空中的光速是每秒三十萬公里，我們所觀察到的其實都是在稍早時間的天體的形象。除了光波外，來自外太空的輻射線還包括紫外線，以及由高速的帶電粒子所組成的宇宙射線等。對於較接近我們的太陽系中的星體，科學家們也曾發射一些偵測器，以作更近距離的觀察。 例如，美國航太總署發射的精神號探測車，在 2004 年初降落於火星的古稀伯（Gusev）隕石坑。這個隕石坑直徑約 200 公里；而地理上常見的隕石坑直徑則約為 20 公尺到 1 公里。火星是太陽系中的行星，其表面的大氣壓力及重力加速度大約分別是地球對應值的 0.006 和 0.4 倍。精神號的裝備類似於地質探勘機器人，主要是利用立體攝影機和紅外線攝影機拍攝火星的地形影像，再以無線電波傳回地球。 12
範例 １７ 電磁波的應用(2/2) 1. 上文提及的輻射線與光波中，哪一種不以光速傳播？ (A)可見光 (B)宇宙射線 (C)紫外線 (D)無線電波 2. 當地球距離火星約為 6×107 公里時，精神號探測車將火星表面影像利用無線電傳播回地球，則地球上的科學家須等待多久才能收到訊號？ (A) 2 分鐘 (B) 20 分鐘 (C) 2 秒 (D) 20 秒 (E) 200 秒 答 1.(B) 2.(E) 解 1. 宇宙射線是帶電粒子 2.光速為 300000 km／s， 13
範例 １７ 類題 下列敘述，何者正確？ (A)核輻射的無線電波，對人體有極大傷害 (B)紅外線可用來殺菌消毒 (C)黃光為可見光，所以不是電磁波 (D) X 射線常用於晶體結構的研究 (E)微波常用於微波爐，可以用來加熱任何食物，所以頻率最大 14
範例 １７ 類題 解答 答 (D) 解 (A)核輻射的γ射線，對人體有極大傷害。 (B)應為紫外線。 (C)可見光仍是電磁波。 (E)應為微波被食物中的水分子吸收而發熱，若食物中不含水分子則無法加熱。 15