实验１ 可见光和红外光
题 目
光谱可见光区域的能量不同于红外光区域的能量。
能量以电磁辐射的形式呈波浪状运动。不同形式的电磁辐射包括：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、Ｘ 射线和伽马射线。为了进行科学研究，人们将不同类型的电磁辐射根据它们所包含的能量组合成一个电磁光谱（图１）。在电磁光谱中，我们可以清晰地观看到：波长越短、频率越高的波所传输的能量越多。电磁光谱包含了具有各种特征的波。其中，无线电波可以将你喜欢的电台的信号传到你的耳畔；微波可以帮你加工爆米花；Ｘ射线可以帮人们检查骨骼的情况；在一个狭窄范围内电磁波构成了可见光区，在这个区域内你可以找到日常生活中所有的颜色。太阳会释放出紫外线、可见光和红外线。在这个实验中，你将利用过滤装置将可见光和红外光分离出来，进而比较它们的特征（我们不能进行紫外光实验，因为会伤害我们的眼睛和皮肤）。
实验时间：６０分钟
实验材料
● 白炽灯
● 电灯泡插座
● 纸巾筒
● 可见光过滤器（只允许红外光通过）
● 红外光过滤器（只允许可见光通过）
●２个温度计
● 数字测光表
● 三棱镜
● 通过网络或书籍查到的相关天文学常识
● 实验记录本
安全提示
用电时一定要谨慎小心。不要用眼睛直接观察红外光。请仔细阅读并遵守本书“实验前”中的“安全准则”。
实验步骤
１．你的任务是设计并实施一个实验来研究可见光和红外光的异同点。
２．你可以使用教师所提供的任何材料，但是并没有必要使用所有的材料。
３．在进行实验之前，想好了要做什么。将实验的具体步骤（实验步骤）和所用的材料（材料明细）记录在数据表中，然后请教师审阅。在得到教师的同意之后，开始进行实验。如果没有得到教师的认同，立即修改之后再请教师审阅。
４．一旦得到教师的批准，组装好实验材料并开始进行实验。
５．将实验结果整理好填写在数据表中。
分 析
１．利用教科书或互联网来研究电磁光谱，可见光和红外光的频率和波长范围分别是多少？
２．电磁波的波长与它的频率和它所携带的能量有怎样的联系？
３．在电磁光谱中哪种类型的电磁辐射携带了多的能量？
４．描述出光线过滤装置是如何将某种类型的光线分离开的。
５．红外光与可见光的表现有哪些不同，从产生的热量、能见度和实验观察到的其他特征等方面进行分析。
６．列举出人们在日常生活中利用红外光的几种方法。当谈到它的日常用途时，重要的是利用它在哪个方面的特性？
实验中将会发生什么？
任何电磁能量的特性取决于它的波长和频率。波长越短，频率越高，所携带的能量就越多。而电磁波携带能量的多少又会决定电磁波的具体表现。例如，由于紫外线能够穿过皮肤进入皮肤细胞内，所以会破坏人的皮肤。又如，由于Ｘ射线比紫外线携带了更多的能量，所以它能够穿过人的皮肤和肌肉。因此，人们利用它来进行骨骼检查。我们所能看到的各种光线都集中在电磁光谱的一个狭窄的区域内。可见光的波长范围介于３．８×１０－７纳米和７．６×１０－７纳米之间。可见光可被分解为不同的颜色，其中包括红色、橘色、黄色、绿色、蓝色、靛蓝色和紫色，这些颜色构成了彩虹的颜色。在这些光线中，红光的波长短，紫光的波长长。虽然可见光的存在使我们能够看到颜色，但是这个范围内的波长不会产生热量，它们也不能穿过绝大多数的固体。红外线的波长介于７．６×１０－７ 纳米和０．００１纳米之间。在可见光谱中，红外光排在红光的后面，它携带了大量的热能，但我们用
肉眼看不到红外线，它可以被用来在夜间观察人和其他生命体。这时，人们会利用特制的
双筒望远镜或护目镜来发现生命体释放出的热量，即红外射线。图２向人们展示了透过能
够发现热量存在的护目镜所看到的人的样子。
与现实生活的联系
当你在晴朗的夜晚仰望天穹时，你会看到成千上万颗星星。然而，宇宙当中还存在着数十亿个我们用肉眼看不到的天体。许多天体所释放出的辐射并不在光谱可见光区的范围内。天文学家们利用电磁光谱的不同波长范围来研究宇宙，而其中常用的波长范围是红外光。
天文学家们利用特殊的设备来研究红外光的波长范围，从而了解了与宇宙有关的大量信息。宇宙中的恒星和行星会产生红外射线。宇宙中还有一些天体，虽然它们的热度和亮度过低以至于无法发出可见光，但是它们可以产生红外射线。另外，还有一些天体，虽然它们的光芒被附近明亮的恒星所掩盖，但是它们同样可以产生红外射线。除此以外，红外射线和其他波长范围的电磁辐射还可以被用来跟踪恒星和星系的运动。当天体运行至靠近地球的位置时，它们所产生的频率波长较短，这时就出现了所谓的“蓝移”现象；反之，当天体运行至远离地球的位置时，它们所产生的频率波长较长，此时就出现了所谓的“红移”现象。
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参见附录中“我们的发现”。