11绪论 波的叠加(11).pptx

⑥费马（1601~1665 年）在 1657 年首先指出光在介质中传播时所走的 路程取极值的原理，并根据这个原理推出了光的反射定律和折射定律。
综上所述，到十七世纪中叶，基本上已经奠定了几何光学的基础。 早先关于光的本性的概念，是以光的直线传播观念为基础的。但是从十 七世纪开始，就发现有与光的直线传播不完全符合的事实。意大利人格里马 第（1618~1663 年）首先观察到光的衍射现象，他发现在点光源的情况下， 一根直竿投出的影子要比假定光以直线传播所应有的宽度稍微大一点。也就 是说光并不严格按直线传播，而会绕过障碍物前进。接着，1672~1675 年间， 胡克（1635~1703 年）也观察到衍射现象，并且和波义耳（1627~1691 年） 独立地研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹，所有这些都是光的波动理论的萌 芽。 十七世纪下半页，牛顿（1642~1727 年）和惠更斯（1629~1695 年）等 把光的研究引向进一步发展的道路。在光学发展的早期，对颜色的解释显得 特别困难。1672 年牛顿发现白光通过三棱镜时，会在光屏上形成安一定次 序排列的彩色光谱带——光谱。于是他认为白光由各种色光复合而成，各色 光在玻璃中受到不同程度的折射而被分解成许多组成部分。反之，把各种组 成部分复合起来会重新得到原来的白光。进一步的实验还指出，把第一棱镜 所分离出的某种色光从光谱中分离出来，便不能被第二棱镜再分解，这些简 单的色光特征，可用棱镜的形状和折射率来定量地描述。因此牛顿的白光实 验，使对颜色的解释摆脱了主观视觉的印象而上升到客观量度的科学高度。 此外，牛顿还仔细观察了白光在空气薄层上干涉时所产生的彩色条纹——牛 顿环，从而首次认识了颜色和空气层厚度之间的关系。但最早发现牛顿环的 却是胡克。在发现这些现象的同时，牛顿于公元 1704 年出版的《光学》一 书中，根据光的直线传播性质，提出了光的微粒流理论。他认为这些微粒从 光源飞出来，在真空或均匀物质内，由于惯性而作匀速直线运动，并以此观
⑥公元十一世纪，我国宋朝的沈括（1031~1095 年）在《梦溪笔谈》中 记载了极为丰富的几何光学知识，他不仅总结了前人研究的成果，而且对凹 面镜、凸面镜的成象规律，测定凹面镜焦点的原理以及虹的成因等方面都又 创造性的阐述。
⑦培根（公元 1214~1294 年）提出用透镜矫正视力和采用透镜组械作用和光的热、电、化学和生理效应等），光的本性 问题以及光在生产和社会生活中的应用。
分为几何光学、波动光学、量子光学和现代光学四大部分 2 研究方法：
实验——假说——理论——实验 在观察和实验的基础上，对物理现象进行分析、抽象与综合，提出假说， 形成理论，并不断反复经受实践的检验。
讲解
2
孔成象等）和光在镜面（凹面和凸面）上的反射等现象。 ②希腊数学家欧几里德（公元前 330~275 年）所著的《光学》一书中，
研究了平面镜成象问题，指出反射角等于入射角的反射定律，但他却同时提 出了将光当作类似触须的投射学说。
③克莱门德（公元 50 年）和托勒密（公元 90~168 年）研究了光的折 射 现象，最早测定了光通过两种介质分界面时的入射角和折射角。
⑧阿拉蒂（公元 1299 年）发明了眼镜。 ⑨波特（公元 1535~1615 年）研究了成象暗箱，并在 1589 年的论文《 自 然的魔法》中讨论了复合面镜以及凸透镜和凸透镜的组合。
⑩综上所述，到十五世纪末和十六世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透 镜以及暗箱和幻灯等光学元件已经相继出现。
2、几何光学时期（16 世纪初~17 世纪中叶） 这一时期可以称为光学发展史上的转折点。在这时期建立了光的反射定 律和折射定律，奠定了几何光学的基础。第一架望远镜的诞生促进了天文学 和航海事业的发展，显微镜的发明使生物学的研究有了强有力的工具。
①荷兰李普塞（1587~1619）在 1608 年发明了第一架望远镜。 ②十七世纪初延森和冯特纳（1580~1656）最早制作了复合显微镜。 ③1610 年，伽利略（1564~1642）用自己制造的望远镜观察星体，发现 了绕木星运行的卫星，这给哥白尼的日心说提供了强有力的证据。 ④开普勒（1571~1630）汇集了前人的光学知识，于 1611 年发表了他的
二、光学的学习方法
1、光学的学习相对较容易，不需很深的数学，自成体系。 2、光学是当今热门学科，具有很强的发展潜力。 4、习题易做
三、光学发展简史
光学的发展大致可以分为下列五个时期： 1、萌芽时期（公元前 400 年~16 世纪初） ①墨翟（公元前 468~376 年），《墨经》，光的直线传播（影的形成和针
及
掌握光程、光程差和位相差以及相干条件，理解光波的干涉现
要
求 象及相干光源。
备注
教
学
重 点
重点：波的相干性，。
与
难点：光程、光程差和位相差以及相干条件。
难
点
课
堂
讨
光程与路程的区别
论
1
外
语
要
本章专业英语术语
求
教
学
手
讲解、自学、练习与多媒体结合
段
教学内容及课外训练（作业）
绪论
一、光学的研究内容和方法
1 研究内容： 光的发射、传播和接收等规律，光和其它物质的相互作用（如光的吸收 、
自学
3
著作《折光学》，无论在形式上和内容上，该书都可以与现代集合光学教本 媲美。他提出了用点光源照明时，照度与受照面到光源距离的平方成反比的 照度定律。他还设计了几种新型的望远镜，特别使用两块凸透镜构成的开普 勒天文望远镜。他还发现当光以小角度入射到界面时，入射角和折射角近似 地成正比关系。
⑤斯涅耳（1591~1626 年）和笛卡儿（1596~1650 年）提出折射定律的 精确公式。1621 年斯涅耳在他的一篇未发表的论文中中指出，入射角的余 割和折射角的余割之比使常数，而笛卡儿大约在 1630 年的《折光学》中给 出了我们现在熟悉的用正弦函数表书的折射定律。
④罗马哲学家塞涅卡（公元前 3 年~公元 65 年）指出充满水的玻璃泡 具 有放大性能。
⑤从阿拉伯的巴斯拉来到埃及的学者阿尔哈曾（公元 965~1038 年）反 对欧几里德和托勒密关于眼睛发出光线才能观察物体的学说，认为光线来自 所观察的物体，而光是以球面形式从光源发出的；反射线和入射线共面且入 射面垂直于界面；他研究过球面镜和抛物面镜，并详细描述了人眼的构造； 他首先发明了凸透镜，并对凸透镜进行了实验研究，所得的结果接近于近代 关于凸透镜的理论。
物理系教案
周次
章节 名称 本次 内容 授课 方式
按教学单元撰写，一般一次独立教学内容（2 节课）为一个单元
第 周， 第 次课 绪论 第一章 光的干涉 绪论 1.1-1.3 光的电磁理论 由单色波叠加所形成的干涉花样
理论课
教 学
了解光学的学习内容和学习方法；
目
了解光学的发展过程和特点。
的
了解光的电磁理论，理解光波的独立性、叠加性和相干性。