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。
❖ 爱因斯坦（生于德国， 1879－1955）于 1905年，提出了对以上现象的一个解释。
❖ 被康普顿（美国人，1892－1962）效应所证 实。
❖ 1924年德布罗意（法国人，1892一）创立了 物质波学说，他大胆地设想每一物质的粒子 的运动都和一定的波动相联系
❖ 1808年马吕斯（英国人，1775—1812）偶然 发现光在两种介质界面上反射时的偏振现象。
❖ 菲涅耳和阿拉果（1786一1853）在1819年提 供了相互垂直的偏振光不相干涉的证明，这是 光的横向振动理论最终的证实。
波动光学时期
❖ 夫琅和费（德国人，1787－1826）对折射的 研究。1835年施维尔德（1792—1871）发表 了总结性的文章；题为《从波动论的基本定理 出发分析地阐明衍射现象》之后，才告一段落。
2020高中物理竞 赛（科普版）
有趣的物理学史
几何光学时期
❖ 不同颜色的光线具有不同的折射本领， 被牛顿用来解释虹的成因。
❖ 牛顿根据实验结果，也提出了错误的看 法，他断定透镜成象存在根本的缺点， 即不能形成清晰的物象。
❖ 但是必须指出，牛顿的前提是错误的， 他的错误在于他认为不同的透明物质是 从相同的方式折射不同颜色的光线的。
❖ 在整个十八世纪，光学几乎没有什么发 展，多数科学家赞成光的微粒说，而欧 拉（瑞士人， 1707—1783）和伯努利 （瑞士人。1700—1782） 却坚持和发 展了“从太”的波动理论。
波动光学时期
❖ 进入 1800年，由于英国医生杨 （ 英国人， 1773－1829）和法国 工程师菲涅耳（法国人， 1788－ 1827）的工作，使波动说又重新提 出，并取得成功。
普朗克公式
❖ 在1900年，普朗克（德国人，1858— 1947）大胆地提出了能量子假说，认为 各种频率的电磁波只能从一定的能量子 方式从振子发射，能量子是不连续的， 它的值是光的频率和普朗克常数的乘积 的整数倍，它和实验结果完全符合。不 仅如此，量子论还以全新的方式提出了 光与物质相互作用的整个问题。它不但 给光学而且给整个物理学提供了新的概 念，因此，它的诞生被看作近代物理学 的起点。
波动光学时期
❖ 扬在1800年的论文中。根据光的波动本 性解释了牛顿环的现象，并描述了杨氏 双缝干涉实验，第一次用实验显示了光 的干涉现象，并由此成功地测出了红光 和紫光的波长，并且认为光是横波。扬 取得了很多研究成果，其中包括人眼的 构造和1815年他用扬的干涉 原理补充了惠更斯原理，提出了惠更斯——菲 涅耳原理。运用这一原理不仅能解释光在各向 同性介质中的直线传播，同时也能解释光的衍 射现象。
几何光学时期
❖ 牛顿在光学中另一项精彩的发现是牛顿 环。
❖ 牛顿环是光具有波动性的最好证明之一， 也说明了光的周期性。但是，因为牛顿 在关于光的本性的讨论中倾向于微粒说， 所以他不可能对光的以上性质加以进一 步的探讨。
❖ 牛顿的高明之处是：他不仅详细地定性 的描述了实验现象，而是进一步作了定 量的测量。
谢谢观看！