物理学史讲稿讲义(光学)
光学材料讲稿
光学材料一、引言光充满着整个宇宙，各种星体都在发光：远红外光、红外光、可见光、紫外光，以及X射线等。
我们生活在光的世界里，整天都在和光打交道，白天靠日光，黑夜靠灯光，夜间在野外可能还要靠星光定方向。
要利用光，就要创造工具，就要有制造工具的材料—光学材料。
自然界中存在一些天然或合成的光学材料，如我国的夜明珠、发光壁；印度的蛇眼石、叙利亚的孔雀暖玉等。
这些材料具有奇异的发光现象，能在无光的环境下放出各种色泽的晶莹光辉。
由于这些光学材料稀有，因而被视为人间珍宝，其主要作用成了权力和财富的象征。
在春秋战国时期，墨子就研究了光的传播规律，接着出现了最古老的光学材料—青铜反光镜。
17世纪，瑞士人纪南成功地熔制出光学玻璃，主要用于天文望远镜。
随后，欧洲出现了望远镜和三色棱镜，人工制造的光学玻璃成为主要光学材料。
19世纪和20世纪初是世界光学工业形成的主要时代，以望远镜(包括天文望远镜和军用望远镜)、显微镜、光谱仪以及物理光学仪器(包括很多种医用光学仪器)四大类为主体，建立了光学工业。
如今，光学材料已经在国民经济和人民生活中发挥着重要作用。
最简单的例子，一个人如果眼睛发生了病变，只能看清近处而看不清远处的物体(称近视)，或者只能看清远处而看不清近处的物体(称远视)，达就需要配戴眼镜来进行校正。
戴上眼镜后，入射光线先经过眼镜片发散(或会聚)后再进入人眼水晶体，就能使景物上的光线正确地聚焦在视网膜上，于是，一副直径5厘米左右的光学眼镜片就能消除眼疾给人带来的苦恼。
现在，工农业生产、科学研究和人类文化生活等需要使用显微镜、望远镜、经纬仪、照相机、摄像机等各种光学仪器，核心部分都是由光学材料制造的光学零件。
所以，光学材料已经成为人们社会必不可少的功能材料之一。
光学材料是传输光线的材料，这些材料以折射、反射和透射的方式，改变光线的方向、强度和位相，使光线按预定要求传输，也可吸收或透过一定波长范围的光线而改变光线的光谱成分。
2020高中物理竞赛(科普版)物理学史03光学：几何光学(共14张PPT)
惠更斯的贡献
❖和牛顿同时代的惠更斯，他主张光的 波动说，认为光是在“以太”中传播 的波。
❖提出次波原理：惠更斯原理 。
❖惠更斯原理虽然能够解释不少光学现 象，但他的波动说是比较粗糙的，又 错误的认为光是一种纵波，因此他还 摆脱不了几何光学的观念。
几何光学时期
❖ 十七世纪还讨论了另一个问题，即“是 不是有一个有限的光速？”笛卡儿采取 否定的态度，而伽里略是肯定的。
量子光学时期
❖黑体辐射的能量按波长的分布，和 光电效应。
❖ 维 恩 （ 德 国 人 ， 1864--1928 ） 公 式 和 瑞 利 （ 英 国 人 ， 1842--1919 ） — 金 斯 （ 英 国 人 ， 1877—1946 ） 公 式 ， 前者在短波区和实验结果相符，而 后者，在长波区和实验结果相符。
波动光学时期
❖ 1865年，麦克斯韦（苏格兰人，1831— 1879）电磁场理论建立，得出电磁波以 光速传播，所以说明光是一种电磁现象。 这一理论，于1888年被赫兹（德国人， 1857－1894）用实验证实。因此建立了 光的电磁理论。
❖ 1849年菲索（法国人，1819—1896）利 用转动齿轮法，1862年佛科（法国人， 1819～1868）利用旋转镜法，第一次在 实验室测定了光的速度，这就完全证实 了波动说的正确性。
❖ 1845年，法拉第（英国人，1791—1867）发 现了偏振光的振动面在强磁场中旋转的现象， 从而揭示了光和电磁的内在联系。1856年韦伯 （德国人，1804－1891）和柯尔劳斯（德国 人 ， 1809—1858 ） ， 发 现 电 荷 的 电 磁 单 位 和 静电单位的比值等于光在真空中的传播速度。
光电效应
❖ 当光照在某些金属上会逸出电子，这就是光 电效应。
《光学》全套课件
干涉现象及其条件分析
干涉现象定义
干涉是指两列或几列光波在空间某些区域 叠加时，相互加强或减弱的现象。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同、相 位差恒定。
常见干涉类型
杨氏双缝干涉、薄膜干涉等。
干涉现象应用
测量光波波长、检测光学元件表面质量等 。
衍射现象及其分类讨论
衍射现象定义
衍射是指光波在传播过程中，遇
黑体辐射概念及历史背景
01
阐述黑体辐射的定义、历史背景以及与经典物理学的矛盾。
普朗克黑体辐射公式
02
介绍普朗克为解决黑体辐射问题提出的能量量子化假设，以及
由此导出的黑体辐射公式。
公式验证及意义
03
通过实验验证普朗克公式的正确性，并探讨其在物理学史上的
重要意义。
光电效应实验原理及结果分析
1 2 3
光电效应实验装置及原理
到障碍物或穿过小孔时，偏离直
线传播的现象。
01
衍射分类
02 根据障碍物或孔的尺寸与光波长
的相对大小，可分为菲涅尔衍射
和夫琅禾费衍射。
常见衍射现象
单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射 等。 03
衍射现象应用
04 光谱分析、光学成像等。
偏振现象及其产生原因分析
偏振现象定义
偏振是指光波中电场矢量方向在传播过程中有规则变化的 现象。
介绍量子光学的研究内容，包括光的量子态、量子纠缠、量子通信等，
以及该领域的研究进展和未来发展方向。
03
量子光学在现代科技中应用前景
探讨量子光学在现代科技中的应用前景，如在量子计算、量子通信、量
子精密测量等领域的应用潜力。
05
非线性光学简介
中物史-5光学-j
第五节 镜面抛光技术
《淮南子》： “水静则平，平则清，清则见物之形。” “人莫监于流沫，而监于止水者，以其静也。莫窥 形于生铁，而窥形于明镜者，以其易也。夫唯易且 静，故能形物之性情也。” 易：平坦。 《考工记》：“金锡半，谓之鉴燧之齐”。 铜镜含锡量为50%。锡在合金中具有增加硬度及其 表面光泽的作用。
第六节 “小儿辩日”
《列子.汤问》： “孔子东游，见两小儿辩斗。问其故。一儿曰： ‘我以日始出时去人近，而日中时远也。’一 儿曰：‘我以日初出远，而日中时近也。’一 儿曰：‘日初出大如车盖，及日中，则如盘盂。 此不为远者小而近者大乎？’一儿曰：‘日初 出沧沧凉凉，及其日中如探汤。此不为近者热 而远者凉乎？’孔子不能决也。两小儿笑曰： ‘孰为汝多知乎？’”
6 《经下》： “临鉴而立，景到。多而若少，说在寡区。” 《经说下》：“临正鉴，景寡。貌能（态）、黑白、 远近、柂正、异于光。鉴景，就当俱，去亦当俱。 鉴者之臭，于鉴无所不鉴，景之臭无数，而必过正， 故其同处其体，俱然鉴分。”
“正鉴”指平面（水）镜。
7 《经下》：“鉴洼，景一小而易，一大而正， 说在中之内外。” 《经说下》：“鉴， 中之内：鉴者近中，则 所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小， 而必正，起于中缘正而长其直也。中之外：鉴 者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小， 景亦小，而必易，合于中而长其直也。” 此条描述凹面镜反射成象
“景：光之人，煦若射；下者之人也高，高者之 人也下。足敝下光 ，故成影于上，首敝上光， 故成影于下。”
4 《经下》：“景迎日，说在抟。” 《经说下》：“景：日之光反烛人，则景在 日与人之间。” 反射光成影现象 抟，作转。
福建省漳州市芗城中学高三物理学史《现代光学的兴起》课件
15
• 2、光子学 • • 1970年，在第九届国际高速摄影会议上，荷兰科学 家Poldervaart首次提出关于光子学的定义规范，他认 为，光子学是“研究以光子为信息载体的科学”。 其后，相继出现不少类似的定义。例如，法国颇有 影响的DGRST组织提出：激光二极管的问世，使光子替 代了电子成为信息的载体，从而促成了光子学的形成。 世界著名的美国《SPECTRA》杂志，也于1982年率先更 名为《 PHOTONICS—spectra》，并提出光子学是“研 究发生与利用以光子为量化单位的光，或其他辐射形 式的科学”，并认为，“光子学的应用范围从能量的 发生到通信与信息处理”。贝尔实验室著名的 Ross 教 授为光子学作了一个颇为广义的定义，他认为，可与 电子学类比，“电子学是关于电子的科学”，光子学 则应是“关于光子的科学”。
14
• 光子从激光的相干光束中出射光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能 量的多少与波长相关, 波长越短, 能量越高。当一个光子被分子吸收时,就 有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道 ,具有电子跃迁的分 子就从基态变成了激发态。
• 光子具有能量，也具有动量，更具有质量，按照质能方程，E=MC2=hv,求出 M=hv/C2,
•
• •
非线性光学、强光光学、自适应光学
4、非均匀介质 非均匀介质光学、散射光学、组织光学
3
§2.激光的发展
一.爱因斯坦提出的受激辐射的原理 二.研制过程 三.激光的优点
四.激光的应用
4
激
光
的
发
展
一.爱因斯坦提出的受激辐射的原理
1916 年，爱因斯坦提出，原子中处于高能级 的电子，受外来光子的作用，当外来光子的频率 与它的跃迁频率一致时，原子中的电子就会从高 能级跳到低能级，并发射一个光子，新光子与原 光子频率、发射方向、相位等都相同，这样一个 光子变成了两个光子，条件合适的情况下，光子 就会象雪崩一样，得到加强和放大，这种放大的 光称为激光。
第4章光学
五
牛顿对光学的贡献
目 录
Contents
六
光的波动说的复兴
七
量子光学时期
第五节 牛顿对光学的贡献
牛顿不仅在力学上有伟大的成就，在光学方面也有 卓越的贡献。他在光学领域的工作多是奠基性的，其中 尤以色散的研究最为突出，他在光学方面的主要成果大 多记载在1704年出版的《光学》一书中。 牛顿的光学研究在当时是一流的。还在读书期间， 他就在光学研究上表现出强烈的爱好，尤其是他在 1665～1667年进行的日光色散实验，在前人的基础上， 将实验研究推上了一个新的高度。由于他具有较高的光 学研究水平，他在三一学院讲课也主要是讲授光学和数 学，并开展了广泛的光学研究。1673年，牛顿向皇家学 会报告了“光学和颜色的新理论”，1675年又报告了关 于“牛顿环”的著名实验。此外，他的研究还涉及反射、 折射、透镜成像、眼睛的作用、多种颜色光的组合、颜 色理论、虹霓的解释、反射望远镜的发明等。《光学》 一书对他的实验研究进行了细致的描述。
1801年，托马斯·杨发展了惠更斯的波动理论，成功地解释了干涉现象(干涉 这一物理名词是托马斯·杨首先提出的)，是他在论文中用于说明干涉现象的插图。 他是这样阐述他的干涉原理的：“当同一束光的两部分从不同的路径，精确地或者 非常接近地沿同一方向进人人眼，则在光线的路程差是某一长度的整数倍处，光将 最强，而在于涉区之间的中间带则最弱，这一长度对于不同颜色的光是不同的。” 托马斯·杨明确指出，要使两部分光的作用叠加，必须是发自同一光源。这是他用 实验成功地演示干涉现象的关键。 1801年，他做了一个很有名的双圆孔实验，证明光具有波的性质。 1802年·托马斯·杨在英国皇家学会上演讲时讲述了自己所做的双圆孔实验， 并且强调说：“为使这两部分光在屏幕上引起的效果叠加起来，需要使来自同一光 源、经过不同路径的光到达同一区域，而不使其相离散，如有离散，也能根据发射 或折射把光从一方或两方重合起来，将它们的效果叠加。”接着他又描述了双缝干 涉实验：“将平行光通过两个相距很近的针孔，针孔作为新光源，从那里发出了球 面光波，照射到屏幕上，光的暗影对称地向两侧散开……这两部分光叠加后，屏幕 上正对两小孔连线的中心处最明亮，两侧部分，光从两个小孔到达各点有一定的路 程差，若路程差是光波波长的1倍、2倍、3倍……则屏幕上的这些地方为亮区，并且 相邻的亮区间距离相等。”托马斯·杨根据屏幕上出现的亮区间距和两针孔之间的 距离，运用波的理论，计算出了各种颜色光波的波长。
高中物理竞赛辅导讲解-第12篇-光学
高中物理竞赛辅导讲义第12篇 光学【知识梳理】一、光的直线传播1. 光在均匀媒质中是直线传播的，光在真空中的传播速度为c =3.00×108m/s ，在其他媒质中的传播速度都小于c 。
2. 影光射到不透明物体上，在背光面的后方形成一个光线照不到的黑暗区域，就是物体的影。
在这黑暗区域中完全照不到的区域叫做本影，只有一部分光照不到的区域叫做半影。
二、光的反射1. 光的反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上，反射光线和入射光线分居在法线的两侧，反射角等于入射角 。
2、光路可逆性：当光线逆着原来的反射光线（或折射光线）的方向射到媒质界面时，必会逆着原来的入射方向反射（或折射）出去，这种性质叫光路可逆性或光路可逆原理。
三、平面镜1. 平面镜只改变光的传播方向，不改变光的会聚或发散程度。
2. 平面镜成像特点：平面镜成像时，像和物关于镜面对称。
对于实物，平面镜使之成一个等大小的正立虚像；对于虚物，平面镜使之成一个等大小的正立实像。
四、球面镜1. 反射面是球面的一部分，这种镜叫球面镜。
反射面如果是凹面的，叫做凹面镜，简称凹镜；反射面是凸面的，叫做凸面镜，简称凸镜。
2. 球面的球心叫曲率中心，镜面的中心叫镜的顶点，顶点与曲率中心的连线称为主光轴，简称主轴。
3. 球面镜的反射仍遵从反射定律。
凹镜对光线有会聚作用，凸镜对光线有发散作用。
4. 一束近主轴的平行光线，经凹镜反射后将会聚于主轴上一点F ，这F 点称为凹面镜的焦点。
一束近主轴的平行光线经凸镜反射后将发散，反向延长线可会聚于主轴上一点F ，这F 点称为凸镜的虚焦点。
焦点F 到镜面顶点O 之间的距离叫做球面镜的焦距f 。
可以证明，对近轴光线，球面镜焦距等于球面半径的一半，即 f = R /2。
5. 球面镜成像作图中，常用的三条特殊光线为：（1）跟主轴平行的入射光线，其反射光线通过焦点。
（2）通过焦点的入射光线，其反射光线与主轴平行。
（3）通过曲率中心的入射光线，其反射光线和入射光线重合，但方向相反。
高中物理光学、原子物理知识要点讲课稿
光学一、光的折射1．折射定律：大角小角2．光在介质中的光速：3．光射向界面时，并不是全部光都发生折射，一定会有一部分光发生反射。
4．真空/空气的n等于1，其它介质的n都大于1。
5．真空/空气中光速恒定，为，不受光的颜色、参考系影响。
光从真空/空气中进入介质中时速度一定变小。
6．光线比较时，偏折程度大（折射前后的两条光线方向偏差大）的光折射率n大。
二、光的全反射1．全反射条件：光由光密（n大的）介质射向光疏（n小的）介质；入射角大于或等于临界角C，其求法为。
2．全反射产生原因：由光密（n大的）介质，以临界角C射向空气时，根据折射定律，空气中的sin角将等于1，即折射角为90°；若再增大入射角，“sin空气角”将大于1，即产生全反射。
3．全反射反映的是折射性质，折射倾向越强越容易全反射。
即n越大，临界角C越小，越容易发生全反射。
4．全反射有关的现象与应用：水、玻璃中明亮的气泡；水中光源照亮水面某一范围；光导纤维（n大的内芯，n小的外套，光在内外层界面上全反射）三、光的本质与色散1．光的本质是电磁波，其真空中的波长、频率、光速满足（频率也可能用表示），来源于机械波中的公式。
2．光从一种介质进入另一种介质时，其频率不变，光速与波长同时变大或变小。
3．将混色光分为单色光的现象成为光的色散。
不同颜色的光，其本质是频率不同，或真空中的波长不同。
同时，不同颜色的光，其在同一介质中的折射率也不同。
4．色散的现象有：棱镜色散、彩虹。
5．红光和紫光的不同属性汇总如下：四、光的干涉1．只有频率相同的两个光源才能发生干涉。
2．光的干涉原理（同波的干涉原理）：真空中某点到两相干光源的距离差即光程差Δs。
当时，即光程差等于半波长的奇数倍时，由于两光源对此点的作用总是步调相反，叠加后使此点振动减弱；当时，即光程差等于波长的整数倍，半波长的偶数倍时，由于两光源对此点的作用总是步调一致，叠加后使此点振动加强。
3．杨氏双缝干涉：单色光源经过双缝形成相干光，在屏上形成明暗相间的等间距条纹。
人教版初中物理八年级上册 《光学专题》说课稿PPT课件
光的传播
物体的颜色
光
光源，光传播的路径、光
现
沿直线传播的应用、光速
象
内容结构
投影仪
放大镜
实验探究
成像规律
探究透镜的成像规律
眼睛 近视眼及其矫正
生活中的透镜
眼睛和眼镜
远视眼及其矫正
透镜对光的作用 基本概念
透镜
透镜的分类
内容结构 透 镜 及 其 应 用
显微镜及望远镜
望远镜的结构 和原理
的大致历程，知道物理学不仅含有物 理知识，而且还含有科学研究的过程 与方法、科学态度与科学精神。
4．能书面或口头表述自己的观点， 能与他人交流，有自我反思和听取意 见的意识，有初步的信息交流能力。
媒信息是否符合科学规律的初步意识，有将 自己的见解与他人交流的意识，敢于提出与 别人不同的见解，勇于放弃或修正不正确的 观点。
八年级物理 上册《光学专题》
说课标 说教材
研说流程
1
说课标
人教版八 年级物理
上册
2 说教材 说建议
3
编写特点 编排体例 内容结构
编写意图
教学建议
内容标准
说课标
课程目标
说教材
八 年 级 物 理 上 册
评价建议
说建议
课程资源的 开发与利用
课程总目标
经历科学探究过程，具有初 步的科学探究能力，乐于参 加与科学技术有关的活动，
（1）求小军完成这次取水和送水任务所想要的总时间。 （2）为了找到一条最短路线（即从A到河岸和从河岸到B的总路程最短），可以
将MN看成一个平面镜，从A点作出一条光线经MN反射后恰能通过B点，请你 证明入射点O即为最短路线的取水点。
物理学史——第四章光学建立与发展
一.早期光学
物理学史——第四章光学建立与发 展
欧几里得——光的反射
物理学史——第四章光学建立与发 展
物理学史——第四章光学建立与发 展
阿勒.哈增——光的折射
物理学史——第四章光学建立与发 展
物理学史——第四章光学建立与发 展
西奥多里克——彩虹现象
物理学史——第四章光学建立与发 展
结果是：被第一个三棱镜折射最厉害的紫光，经过第二个 三棱镜时也偏折的最多。结论：白光是由折射性能不同的 各种颜色的光组成。
物理学史——第四章光学建立与发 展
在色散实验的基础上，牛顿总结出以下几条规律：
1.光线随其折射率不同，颜色也不同。色是光线固有的属性。 2.同一颜色的光折射率相同，不同色的光折射率不同。 3.色的种类和折射的程度是光线所固有的，不会因折射、反
璃发生折射，由于最大偏折角为420，所以进入玻璃的
光线将构成一个夹角为420×2=840的锥形MON。
利用光线是可逆的可推出：
若有一束光∑从玻璃 射向空气，当入射角 大于420时，则到达O 点后，将既不能进入 空气，也不能进入 MON锥形区域，必 定反射为∑’。
物理学史——第四章光学建立与发 展
2 斯涅耳(W.Snell,1591-1626)的工作：
荷兰人，1621年从实验得到准确的折射定律 。方
法和开普勒基本相同，但斯涅耳发现，比值OS /OS’恒
为常数，并由此导出图中所示式子。
物理学史——第四章光学建立与发 展
3 笛卡儿的工作：
物理学史——第四章光学建立与发 展
4 费马的工作：
1661年费马用最短时间原理推出了折射定律：
同时证明了光从光疏媒质进入光密媒质时向法线方向偏折。
物理竞赛 第7讲 物理光学.教师版
1.惠更斯原理。
2.光的干涉3.光的衍射4.光的偏振5.光电效应。
引入：惠更斯原理惠更斯指出，由光源发出的光波，在同一时刻t 时它所达到的各点的集合所构成的面，叫做此时刻的波阵面（又称为波前），在同一波阵面上各点的相位都相同，且波阵面上的各点又都作为新的波源向外发射子波，子波相遇时可以互相叠加，历时△t 后，这些子波的包络面就是t +△t 时刻的新的波阵面。
波的传播方向与波阵面垂直，波阵面是一个平面的波叫做平面波，其传播方向与此平面垂直，波阵面是一个球面（或球面的一部分）的波叫做球面波，其传播方向为沿球面的半径方向,如图2）菲涅耳对惠更斯原理的改进（惠—菲原理）波面S 上每个面积单元ds 都可看作新的波源，它们均发出次波，波面前方空间某一点P 的振动可以由S 面上所有面积所发出的次波在该点迭加后的合振幅来表示。
面积元ds 所发出各次波的振幅和位相符合下列四个假设：①在波动理论中，波面是一个等位相面，因而可以认为ds 面上名点所发出的所有次波都有相同的初位相②次波在P 点处的振幅与r 成反比。
③从面积元ds 所发出的次波的振幅正比于ds 的面积，且与倾角θ有关，其中θ为ds 的法线N 与ds 到P 点的连线r 之间的夹角，即从ds 发出的次波到达P 点时的振幅随θ的增大而减小（倾斜因数）。
④次波在P 点处的位相，由光程nr =∆决定∆=λπϕ2。
本讲导学知识点睛第7讲 物理光学SPNr θ ds一、光的干涉1．干涉现象频率相同，振动方向一致，相差恒定（步调差恒定）的两束光，在相遇的区域出现了稳定相间的加强区域和减弱区域的现象。
（1）产生干涉的条件：①若S 1、S 2光振动情况完全相同，则符合21r r n δλ=-=，（0123n =⋅⋅⋅、、、）时，出现亮条纹；②若符合21(21)2r r n λδ=-=+，（0123n =⋅⋅⋅、、、）时，出现暗条纹。
相邻亮条纹（或相邻暗条纹）之间的中央间距为λdLx =∆。
光学4-2(基础物理课堂讲稿下第二十讲)
起因：各向异性晶体中, 各方向 波速不同--有双折射现象
方解石
e光
特点：
o光
◆O光满足折射定律-- 寻常光；
S
e光不满足折射定律- 非常光.
旋转晶体时,
O光不动,
e光
e光随晶体旋转.
S
o光
◆一般 vO ≠ ve， nO≠ ne
vO与传播方向无关,ve与传播方向有关。
◆存在一个特殊方向无双折射现象----光轴方向
问题：
1.为什么天空呈蔚蓝色？ 2.为什么朝霞晚霞呈橙红色？ 3.为什么云彩是白色的？
4.为什么异性晶体有双折射现象？ 5.怎样检验园偏振光和自然光？ 6.怎样检测物体内部是否有残存的内应力？ 7.怎样制造高速快门开关？
8.怎样快速测量溶液的浓度？ ……
§4.5 双折射现象
1669.(丹)巴塞林纳斯---方解石(CaCO3)---双折射现象
O,e 光传播方向相同，但传播速度不同。
γe =γO=0
O光⊥e光
从晶体出射后，二者产生相位差 2λπ(none)d (重要!)
(4)光轴垂直入射面,自然光斜入射
B
A
C
负晶体 ⊙
光轴
DE O光 e光
光轴
方解石
分析： ♥光轴⊥入射面入射面截出两个同心半园
♠切点D、E都在入射面内 O光⊥e光
小→O光 大→e光
作业：4.8,
4.10,
4.12
n O 光 1 .6 ,n 6 e 光 1 .4 , 9 n 树 1 .胶 5 5
O 光 ： n O 光 n 树且 胶 7 7i0a
rn 树 cs 胶 6i9 n ∴O光全反射
n O 光
e光 ：ne光n树胶无全反射，但 振输 光出线
2020高中物理竞赛(科普版)物理学史03光学：现代光学(20张PPT)
二、人类对光的本性的认识
❖ 人类对光的本性的认识，追溯其历史， 可以看出，它是由初浅到深入，由片 面到全面，从实验到理论，由现象到 本质逐步发展起来的，最后建立起光 的本性的理论。但是从科学发展的眼 光来看关于光的本性的理论并没有穷 尽，还待于进一步的探讨。
1.惠更斯和牛顿之争
❖ 早在十七世纪就开始了对光的本性的问题的讨 论，当时有两种不同的观点，一种是以笛卡儿、 胡克、惠更斯为代表的波动说，另一种是以牛 顿为代表的微粒说。
牛顿对光本性的看法
❖ 第一：他认为光的波动说不能很好地说明光 的直线传播这一最基本的事实。
❖ 第二，波动说不能解释偏振现象。
❖ 第三：对光的波动说赖以存在的“以太”的 怀疑，他写道：“对于天空为流体媒质（除 非它们非常稀薄）所填满的那种主张，一个 最大的反对理由在于行星和彗星在天空中各 种轨道上的运动是那样地有规则和持久。
❖ 第一、在十七、十八世纪，研究机械运 动规律的学科——古典力学已经建成， 并且在解释自然现象和指导生产实践方 面卓有成效。
❖ 第二、从社会情况来看，正如恩格斯指 出的那样“这个时代的特征是一个特殊 的总观点的形成，这个总观点的中心是 自然界绝对不变这样一个见解。”
微粒说一直占着统治的地位原因
❖ 第三、牛顿建立了古典力学，在 人们头脑中，牛顿的威望比惠更 斯的威望高，所从权威提出的理 论容易被人接受。
胡克的工作
❖他写道：“在一种均匀煤质中这一 运动在各个方向上都以相等的速度 传播，于是发光体的每一脉动和振 动都必须形成一个球面，这个球面 将不断增大，如同投石入水后引起 的越来越大的环状波一样。由此可 知，在均匀媒质中扰动而成的球面 的一切部分都与射线正交” 。
胡克的工作
❖ 从胡克的记述中，我们看出已经含有波 前、波面的概念。他又把有关波面的思 想用于对光的折射现象的研究，然后又 讨论了薄膜的颜色。他在讨论薄膜的颜 色时，从强光和弱光的超前；落后来说 明光的颜色。这种想法虽然是不正确的， 但是他却接触到薄膜干涉的基本要领— 前后两面上反射光的叠加，甚至于可以 说，在这里已经包含了两束光的位相差 的初步概念。
光学中的物理学史
的光线折射得更厉害，”胡克描述过肥皂泡
的颜色变化，认为不同的颜色是光脉冲对视 网膜留下的不同印象。红色和蓝色是原色， 其它颜色都是由这两种颜色合成和冲淡而成 。牛顿注意到这些说法的合理成分，同时也
提出许多疑问。在牛顿留下的手稿中，记录
牛顿的光学研究具有独特的风格，他在光学领域中的成 就集中反映在1704年出版的《光学》一书中。该书的副 标题是：《关于光的反射、折射、拐折和颜色的论文》
。全书共分三编，棱镜光谱实验收集在第一编中。在第
一编中，牛顿共提出19个命题，33个实验，他以大量篇 幅详细描述实验装臵、实验方法和观测结果。
1583年，伽利略在比萨教堂里注意到一盏悬灯的摆动， 随后用线悬铜球作模拟(单摆)实验，确证了微小摆动的 等时性以及摆长对周期的影响，由此创制出脉搏计用来 测量短时间间隔。 1586年，他发明了浮力天平，并写出论文《小天平》。
1588年他在佛罗伦萨研究院做了关于A.但丁《神曲》中 炼狱图形构想的学术演讲，其文学与数学才华大受人们 赞扬。 1592年伽利略转到帕多瓦大学任教。在此时期，他深入 而系统地研究了落体运动、抛射体运动、静力学、水力 学以及一些土木建筑和军事建筑等；发现了惯性原理， 研制了温度计和望远镜。 1597年，他收到J.开普勒赠阅的《神秘的宇宙》一书， 开始相信日心说，承认地球有公转和自转两种运动。
了许多当年的疑问和思考，例如，他问道” ：
如果光是脉冲，为什么不像声音那样在传播
中偏离直线?
为什么弱的脉冲比强的脉冲运动快?
为什么水比水蒸汽更清晰?
为什么煤是黑的，煤烧成的灰反而是白的？
牛顿不满意前人(包括他的老师)对光现象的