物理学史—光学
光学发展简史
光学发展简史光学是一门研究光的性质和行为的学科，它的发展历史可以追溯到古代。
本文将为您详细介绍光学的发展简史，从古代到现代，逐步呈现光学学科的进步和突破。
1. 古代光学在古代，人们对光的性质和行为有了初步的认识。
古希腊的柏拉图和亚里士多德提出了光的传播是通过一种称为“视觉射线”的物质传播的理论。
另外，古希腊的毕达哥拉斯提出了“光锥”的理论，认为光是由一束直线射线组成的。
2. 光的折射与反射在16世纪，伽利略·伽利雷和威廉·斯涅尔分别研究了光的折射和反射现象。
他们的实验和观察结果奠定了光学的基础。
伽利略发现了光在不同介质中传播时的折射现象，并提出了著名的“斯涅尔定律”，即折射角和入射角的正弦比等于两个介质的折射率之比。
3. 光的波动理论到了17世纪，荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯提出了光的波动理论。
他认为光是由一系列波动组成的，这一理论解释了光的干涉和衍射现象。
这项理论为后来的光学研究提供了重要的基础。
4. 光的粒子性质在19世纪末，德国物理学家马克斯·普朗克和爱因斯坦的光电效应实验证明了光的粒子性质。
他们发现，光的能量是以离散的量子形式存在的，这一发现为量子力学的发展打下了基础。
5. 光的电磁理论到了19世纪末和20世纪初，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出了光的电磁理论。
他认为光是由电磁波组成的，这一理论解释了光的偏振现象和干涉现象。
麦克斯韦的电磁理论为光学研究提供了重要的理论基础。
6. 光的量子理论20世纪初，爱因斯坦提出了光的量子理论，即光的粒子性质。
他认为光由一系列粒子（光子）组成，每个光子具有一定的能量。
这一理论解释了光的光谱现象和能量传递过程。
7. 光学技术的发展随着光学理论的不断发展，光学技术也得到了迅速的发展和应用。
例如，显微镜的发明使得人们可以观察微小的物体和细胞结构；望远镜的发明使得人们可以观测远处的天体；激光的发明和应用使得光学在通信、医学和工业领域有了广泛的应用。
物理学史光学部分名人简介
物理学史光学部分名人简介
(1)麦克斯韦：英国科学家，总结前人研究的基础上，建立了完整的电磁场理论．
(2)赫兹：德国科学家，在麦克斯韦预言电磁波存在后二十多年，第一次用实验证实了电磁波的存在，并测得电磁波传播速度等于光速，证实了光是一种电磁波．
(3)惠更斯：荷兰科学家，在对光的研究中，提出了光的波动说，发明了摆钟．
(4)托马斯·杨：英国物理学家，首先巧妙而简单地解决了相干光源问题，成功地观察到光的干涉现象．
(5)伦琴：德国物理学家，继英国物理学家赫谢耳发现红外线，德国物理学家里特发现紫外线后，发现了当高速电子打在管壁上，管壁能发射出X射线——伦琴射线．。
高中物理学史与物理学思想方法全集：光学
高中物理学史与物理学思想方法全集：光学
1.公元140年，古希腊天文学家托勒玫认为入射角与折射角之间是简单地的正比关系，1621年荷兰数学家斯涅耳找到了入射角与折射角之间的规律——入射角的正弦与折射角的正弦成正比，这就是折射定律。
2.公元前468-前376，我国的墨翟及其弟子在《墨经》中记载了光的直线传播、影的形成、光的反射、平面镜和球面镜成像等现象，为世界上最早的光学著作。
3、1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。
4、1818年，法国科学家菲涅尔和泊松计算并实验观察到光的圆板衍射—泊松亮斑。
5、1864年，英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波；
1887年，赫兹证实了电磁波的存在，光是一种电磁波
6、1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，有两条基本原理：
①相对性原理——不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；
②光速不变原理——不同的惯性参考系中，光在真空中的速度一定是c不变。
1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，有两条基本原理：
①广义相对性原理——在任何参考系中，物理过程和物理规律都是相同的；
②等效原理——一个均匀引力场与一个加速运动的参考系等价。
7、爱因斯坦还提出了相对论中的一个重要结论——质能方程式：。
年法国物理学家斐索首先在地面上测出了光速，以后又有许多科学家采用了更精密的方法测定光速，如美国物理学家迈克尔逊的旋转棱镜法。
9.关于光的本质：17世纪明确地形成了两种学说：一种是牛顿主张的微粒说，认为光是光源发出的一种物质微粒；另一种是荷兰物理学家惠更斯提出的波动说，认为光是在空间传播的某种波。
这两种学说都不能解释当时观察到的全部光现象。
光学发展简史
光学发展简史光学是研究光的传播、产生、检测和控制等现象和规律的科学。
它涉及到光的物理性质、光的波动性质、光的粒子性质以及光与物质的相互作用等方面。
光学的发展历史悠久，经历了漫长的探索和发展过程，本文将为您详细介绍光学的发展简史。
1. 古代光学光学的起源可以追溯到古代，古希腊哲学家柏拉图和亚里士多德对光的性质进行了初步的探索。
然而，最早系统地研究光学的是古希腊数学家欧几里得。
他在《几何原本》一书中提出了光的直线传播理论，并研究了光的反射和折射现象。
2. 中世纪光学中世纪时期，阿拉伯学者对光学的研究起到了重要的推动作用。
他们翻译了古希腊的光学著作，并进行了进一步的研究。
其中最著名的学者是伊本·海塔姆，他在《光学篇》中详细描述了光的传播和折射现象，并提出了光的直线传播原理。
3. 光的波动理论17世纪，荷兰科学家胡克和休谟等人提出了光的波动理论。
他们认为光是一种波动现象，能够通过介质中的振动传播。
这一理论得到了英国科学家牛顿的质疑和反驳，牛顿提出了光的粒子理论，并通过实验证实了自己的观点。
4. 光的粒子性质牛顿的光的粒子理论在当时得到了广泛的认可，但在后来的实验中遇到了一些难点。
19世纪初，法国科学家菲涅尔和英国科学家杨益达等人通过干涉和衍射实验证明了光的波动性质，推翻了牛顿的粒子理论。
这一发现对光学的发展产生了深远的影响。
5. 电磁理论与光的电磁性质19世纪中叶，麦克斯韦提出了电磁理论，认为光是由电磁波组成的。
这一理论得到了实验证实，并对光学的发展产生了重要的影响。
电磁理论的提出使得人们能够更好地理解光的传播和产生机制，为光学技术的发展奠定了基础。
6. 光的量子性质20世纪初，普朗克提出了量子理论，揭示了光的量子性质。
他认为光是由一束一束的能量量子组成的，这一理论被后来的实验证实。
量子理论的发展使得人们能够更深入地研究光的微观性质，为光学技术的进一步发展提供了理论基础。
7. 现代光学技术的发展随着科学技术的不断进步，光学技术得到了广泛的应用和发展。
光学发展的五大历史时期
光学发展的五大历史时期
（一）光学发展的5个时期：
1、萌芽时期——最早是公元前5世纪墨子（墨翟）的《墨经》中还记载了丰富的几何光学知识。
墨子做了世界上第一个小孔成像的实验。
2、几何光学时期——荷兰人斯涅耳最早提出折射定律，由法国数学家费马（1601-1665）提出费马原理、予以确定。
使几何光学理论很快发展，以牛顿的微粒说为代表。
3、波动光学时期——以惠更斯的波动说为代表。
4、量子光学时期——以爱因斯坦的光子说为代表。
5、现代光学时期——以全息术、激光为标志。
（二）光学发展的特点：光学既是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的前沿阵地，具有强大的生命力和不可估量的前途——光子时代。
物理学史讲稿(光学)
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.
几何光学时期
从时间上来看,大约包括十七,十八两个世纪,这 是光学的转折时期.在这期间建立了光的反射定律 和折射定律,为几何光学奠定了基础.同时为了扩 大人眼的观察能力,出现了一些光学仪器. 如李普塞(荷兰人,1587-1619)所制作的第一架 望远镜的诞生,促进了天文学和航海事业的发展, 延森(1588—1632)和冯特纳(1580-1656)最 早制作了复合显微镜,为生物学的研究提供了强有 力的工具.
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.
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
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.
光学发展简史
光学发展简史光学是研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象以及光的性质和应用的学科。
自古以来，人们对光学现象的观察和研究一直存在，但正式的光学学科的形成可以追溯到古希腊时期。
以下是光学发展的简史。
1. 古代光学光学的起源可以追溯到古代文明时期。
古代埃及人和古希腊人对光的性质和现象进行了一些观察和研究。
例如，古希腊哲学家毕达哥拉斯提出了光是由“视觉火”组成的理论。
古希腊数学家欧几里得在其著作《几何原本》中对光的传播和反射进行了详细的描述。
2. 光的粒子理论17世纪，英国科学家牛顿提出了光的粒子理论。
他认为光是由微小的粒子组成的，这些粒子在介质中传播，并通过反射和折射来解释光的现象。
牛顿的粒子理论为后来的光学研究奠定了基础。
3. 光的波动理论18世纪末，法国科学家亨利·厄米·贝尔特罗提出了光的波动理论。
他认为光是一种波动现象，类似于水波的传播。
贝尔特罗的理论得到了当时的科学家的广泛认可，并为后来的光学研究提供了重要的指导。
4. 光的干涉和衍射19世纪初，英国科学家托马斯·杨和奥古斯特·菲涅耳对光的干涉和衍射现象进行了深入研究。
他们的实验证实了光的波动性，并提出了干涉和衍射现象的数学描述。
这些研究为后来的光学仪器和技术的发展奠定了基础。
5. 光的电磁理论19世纪中叶，英国科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出了光的电磁理论。
他认为光是由电磁波构成的，这一理论统一了电磁现象和光的传播。
麦克斯韦的电磁理论为后来的光学研究和应用提供了重要的理论基础。
6. 光的量子理论20世纪初，德国科学家马克斯·普朗克提出了光的量子理论。
他认为光是由能量量子（光子）组成的，这一理论解释了光的粒子性和波动性。
普朗克的量子理论为后来的量子光学和光电子学的发展奠定了基础。
7. 光学应用的发展随着光学理论的不断发展，光学应用也得到了广泛的推广和应用。
光学在通信、显微镜、激光、光纤、光学传感器等领域都发挥着重要的作用。
物理学史(5)经典光学(2017年3月27日)
以经典理论（含经典机械波和电磁 波理论和几何光学）为基础的光学叫 经典光学
几何光学： 以1621年，斯涅尔提出光的折射定律 提出为标志。 波动光学： 以1800年托马斯· 杨进行杨氏双缝干涉实验为 标志。 量子光学： 以1905年6月，爱因斯坦在[德国物理] 上，发表论文--关于光的产生和转化的 一个启发性观点，提出光子概念为标志。
2、波动光学的建立和发展
1665年意大利的格里马第论述光的衍射和颜色。 1667年，胡克出版《显微术》，认为光是与水波 类似的脉冲波。 1678年法国的惠更斯在《论光》中认为光是发光 体中微小振动，弥漫于宇宙中的波动过程，并提出 惠更斯原理。 1690年，荷兰的惠更斯提出早期的波动说，认为 光是粒子振动的传播； 1704年牛顿出版《光学》系统介绍色散的理论和 实验研究。 1800年，托马斯· 杨进行杨氏双缝干涉实验。
1801年，托马斯· 杨在论文中全面论述光的 干涉原理。 1809年，法国的马吕斯发现反射光的偏振现 象，并提出光偏振的马吕斯定律。 1819年，荷兰的菲涅尔提出新的波动说和菲 涅尔原理； 1811年，英国的布鲁斯特发现布鲁斯特角， 此时反射光为平面偏振光。 1849年，菲索测得光速（值为 315300km.s）; 1851年，麦克斯威提出光的电磁波理论。
1611年开普勒出版—折光学 ； 1621年，荷兰的菲涅尔实验得到光的 折射定律，建立了几何光学； 1637年荷兰的斯涅利乌斯发现，笛卡 尔正式提出了光的折射定律。几何光学 诞生； 1704年，牛顿提出光的微粒说，并得 到光的折射定律，并对颜色给予解释。 1712年，延森制成第一架显微镜
光学发展简史
光学发展简史光学是研究光的传播、反射、折射和干涉等现象的学科，其发展历史可以追溯到古代。
本文将以光学发展的历史为主线，详细介绍光学的起源、重要里程碑以及现代光学的应用。
1. 光学的起源光学的起源可以追溯到古代。
早在公元前3000年的古埃及，人们就开始使用凸透镜来放大物体。
公元前5世纪的古希腊，柏拉图和亚里士多德对光的本质进行了一些探讨。
公元10世纪的阿拉伯学者艾本·海森对光的折射现象进行了研究，奠定了光学的基础。
2. 光的传播和反射公元11世纪的波尔图和公元13世纪的伽利略分别对光的传播和反射进行了研究。
波尔图提出了光线传播的直线假设，并通过实验验证了光的传播是直线传播的。
伽利略则通过实验观察了光的反射现象，并提出了反射定律。
3. 光的折射和干涉公元17世纪的斯涅尔和亨利克·赫歇尔分别对光的折射和干涉进行了研究。
斯涅尔提出了折射定律，即光在介质之间传播时会发生折射现象。
赫歇尔则通过实验观察了光的干涉现象，并提出了干涉定律。
4. 光的色散和偏振公元17世纪的牛顿对光的色散现象进行了研究。
他通过实验发现，光线在通过一个三棱镜时会发生色散，即不同波长的光会被分散成不同的颜色。
公元19世纪的马尔斯·马尔斯特和艾尔斯特·菲涅耳则对光的偏振现象进行了研究，提出了偏振定律。
5. 光的波动理论和光的粒子性公元17世纪的惠更斯提出了光的波动理论，认为光是一种波动现象。
然而，公元19世纪的麦克斯韦和亨利·赫兹的实验结果表明，光在一些现象中表现出粒子性。
这一矛盾使得光的本质问题成为了科学界的一个重要问题。
6. 量子光学和激光20世纪初，爱因斯坦提出了光的粒子性和波动性的统一理论，即光量子论。
这一理论奠定了量子光学的基础，对光的微观性质进行了深入研究。
此后，激光的发明和应用成为光学领域的一项重大突破。
激光具有高度的单色性、方向性和相干性，广泛应用于医学、通信、材料加工等领域。
光学封面物理学史教材图片
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第四章 经典光学的发展
图4－25 马吕斯
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第四章 经典光学的发展
图4－26 菲涅耳
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第四章 经典光学的发展
图4－27 泊松亮点
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第四章 经典光学的发展
图4－28 罗默在观 察天体
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第四章 经典光学的发展
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第四章 经典光学的发展
图4－21 惠更斯解释双折射的手稿
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第四章 经典光学的发展
图4－22 托马斯· 杨
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第四章 经典光学的发展
图4－23 托马斯· 杨 解释干涉现象用图
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第四章 经典光学的发展
图4－24 托马斯· 杨 的双缝干涉实验
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第四章 经典光学的发展
图4－5 斯涅耳
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第四章 经典光学的发展
图4－6 斯涅耳的折 射实验
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第四章 经典光学的发展
图4－7 迪卡儿说明 折射用图
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第四章 经典光学的发展
图4-8 费马推导折射 定律用图
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第四章 经典光学的发展
图4－9 西奥多里克 《论彩虹》手稿中的一 页
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第四章 经典光学的发展
图4-10 笛卡儿的棱 镜实验
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第四章 经典光学的发展
图4－11 牛顿描绘 色散实验的插图
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第四章 经典光学的发展
图4-12 牛顿证明蓝 光比红光折射性强
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。
高中物理重要知识点必背手册 (4) 光学与物理学史
重要知识点手册：光学与物理学史美国迈克耳逊用旋转棱镜法较准确的测出了光速，反射定律(物像关于镜面对称)；由偏折程度直接判断各色光的n折射定律介空介λλγ====sinC90sinsinsinnovCi光学中的一个现象一串结论全反射的条件：光密到光疏；入射角等于或大于临界角全反射现象：让一束光沿半圆形玻璃砖的半径射到直边上,可以看到一部分光线从玻璃直边上折射到空气中,一部分光线反射回玻璃砖内.逐渐增大光的入射角,将会看到折射光线远离法线,且越来越弱.反射光越来越强,当入射角增大到某一角度C临时,折射角达到900,即是折射光线完全消失,只剩下反射回玻璃中的光线.这种现象叫全反射现象.折射角变为900时的入射角叫临界角应用:光纤通信(玻璃sio2) 内窥镜海市蜃楼沙膜蜃景水中或玻璃中的气泡看起来很亮.理解：同种材料对不同色光折射率不同；同一色光在不同介质中折射率不同。
几个结论：1紧靠点光源向对面墙平抛的物体，在对面墙上的影子的运动是匀速运动。
2、两相互正交的平面镜构成反射器,任何方向射入某一镜面的光线经两次反射后一定与原入射方向平行反向。
3、光线由真空射入折射率为n的介质时，如果入射角θ满足tgθ=n，则反射光线和折射光线一定垂直。
4、由水面上看水下光源时，视深ndd/'=；若由水面下看水上物体时，视高ndd='。
5、光线以入射角i斜射入一块两面平行的折射率为n、厚度为h的玻璃砖后，出射光线仍与入射光线平行，但存在侧移量△)sincos1(dsinx22inii-+=两反射光间距ii22'sin-ndsin2x=∆双缝干涉: 条件f 相同，相位差恒定(即是两光的振动步调完全一致) 亮条纹位置: ΔS ＝n λ； 暗条纹位置: λ21)(2n S +=∆（n ＝0,1,2,3,、、、）；条纹间距 ：1)-L(n da L x d 1-n a d L X =∆=⇒==∆λλ(ΔS :路程差(光程差)；d 两条狭缝间的距离；L ：挡板与屏间的距离) 测出n 条亮条纹间的距离a薄膜干涉:由膜的前后两表面反射的两列光叠加，实例：肥皂膜、空气膜、油膜、牛顿环、光器件增透膜(厚度是绿光在薄膜中波长的1/4,即增透膜厚度d ＝λ/4)衍射:现象,条件 单缝 圆孔 柏松亮斑(来历) 任何物体都能使光发生衍射致使轮廓模糊三种圆环区别：单孔衍射(泊松亮斑) 中间明而亮,周围对称排列亮度减弱,条纹宽变窄的条纹空气膜干涉环 间隔间距等亮度的干涉条纹 牛顿环 内疏外密的干涉条纹干涉、衍射、多普勒效应(太阳光谱红移⇒宇宙在膨胀)、偏振都是波的特有现象,证明光具有波动性；衍射表明了光的直线传播只有一种近似规律；说明任何物理规律都受一定的条件限制的.光的电磁说⑴麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同，提出光在本质上是一种电磁波——这就是光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。
光学发展简史
C、李普塞：1608，发明并制造了世界上第一台望远镜。粒子：Paticle
D、冯特纳：发明并制造了世界上第一台显微镜。
波：wave
Ⅲ 、波动光学时期
建立了光的波动理论， 园满解释了光的干涉、衍射和偏振现象；通过迈克尔逊干 涉仪否定了“以太”的存在；提出并证实了光的本质就是电磁波
《墨经》光学八条
①景，光至，景亡；若在，尽古息。 ② 景二：光夹。一光，一。光者（赌）景也。 ③景，日之光反烛人，则景在日与人之间。 ④景，光之人煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足敝下光，故景障内也。 ⑤景，木柂，景短大。木正，景长小。大小于木，则景大于木。非独小也，远近。
⑥临，正鉴，景寡、貌能、白黑，远近柂正，异于光。鉴、景当俱就，远近去尒当俱， 俱用北。鉴者之臭无数，而必过正。故同体处其体俱，然鉴分。 ⑦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。 ⑧鉴，鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小。而必正。景过正，故招。
C、菲涅耳（ 法，1788~1827 ）：利用杨氏干涉原理补充惠更斯原理而提出了惠更斯-菲涅 耳原理，园满解释了光的直线传播定律和衍射现象。建立了菲涅耳公式。 在牛顿物理学中打开了第一个缺口，为此，他被人们称为“物理光学的缔造者”。
D、马吕斯（ 法，1775~1812 ）：发现了光的偏振现象，建立了马吕斯定律，研究 了偏振光的干涉。
代表人物和成就：
A、惠更斯（荷兰，1629~1695）：光的波动理论的创始人，提出了“光是‘以太’中传 播的波 动”理论和 次波假设（惠更斯原理）。并园满解释了反射、折射定律和双折射现 象。 B、杨氏（英， 1773~1829 ）：最先利用干涉原理解释了白光下的薄膜颜色，设计并完 成 了著名的杨氏双缝干涉实验，并第一次成功地测定了光的波长。提出了 光是横波的假设。 主要贡献：杨氏双缝实验，杨氏模量，视觉和颜色，医学，语言学，埃及象形字
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。
光学发展史
光学发展史光是一种重要的自然现象。
我们之所以能看到客观世界中丰富多彩的景象，是因为眼睛接受物体发射、反射或散射的光。
据统计，人类感观收到外部世界的总信息量中，至少有90%以上通过眼睛。
在数千年前人类便产生对光现象进行探索和研究的兴趣，留下许多关于光学现象的记载和著作。
光学是一门研究光的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。
光学既是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的前沿阵地，它的发展是一个漫长而曲折的历史过程，主要经历了萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等五大历史时期。
萌芽时期（约公元前5世纪～16世纪初）光学的起源和力学、热学一样，可以追溯到两三千年以前。
中国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相连的。
它起源于火的获得和光源的利用，以光学器具的发明、制造及应用为前提条件。
根据籍记载，中国古代对光的认识大多集中在光的直线传播、光的反射、大气光学、成像理论等多个方面。
春秋战国时期墨子（公元前468-376 年）及其弟子所著《墨经》中记载：直线传播、光在镜面上的反射等现象，并提出了一系列的实验规律。
这是有关光学知识的最早纪录。
从墨翟开始后的两千多年的漫长岁月构成了光学发展的萌芽时期，在此期间光学发展比较缓慢。
罗马帝国的灭亡(公元475年)大体上标志着黑暗时代的开始，在此之后，欧洲在很长一段时间里科学发展缓慢，光学亦是如此。
除了对光的直线传播、反射和折射等现象的观察和实验外，在生产和社会需要的推动下，在光的反射和透镜的应用方面，逐渐有了些成果。
欧几里德(Euclid，公元前330～275)的《反射光学》研究了光的反射，提出了反射定律和光类似触须的投射学说。
大约公元100 年克莱门德（Clemomedes）和托勒密（C.Ptolemy,90--168）研究了光的折射现象，最先测定了光通过两个介质面时的入射角和折射角。
罗马哲学家塞涅卡（Seneca,前3--65）指出充满水的玻璃泡具有强大功能。
光学发展简史
光学发展简史光学是研究光的传播、反射、折射、干涉和衍射等现象的科学，它是自古以来就受到人类的关注和研究的领域之一。
本文将为您介绍光学发展的简史，从古代到现代，逐步展现了光学的发展历程。
1. 古代光学古代的光学研究主要集中在光的传播和反射方面。
公元前3000年摆布，古埃及人就开始研究太阳光的特性，并利用反射现象来设计和建造金字塔。
古希腊的哲学家柏拉图和亚里士多德也对光的传播和反射进行了一些理论探讨，但缺乏实验证据。
2. 光的折射在17世纪初，荷兰科学家斯涅尔斯发现了光的折射现象。
他观察到光线从空气射入玻璃后会发生偏折，提出了斯涅尔斯定律，即光线在两种介质中传播时，入射角和折射角之间的关系。
这一发现为后来的光学研究奠定了基础。
3. 光的干涉在17世纪中叶，英国科学家牛顿进行了一系列光的实验，证明了光的干涉现象。
他利用两块玻璃板将光分成两束，然后再将它们合并在一起，观察到了明暗相间的干涉条纹。
这一实验结果揭示了光的波动性质，并奠定了光的波动理论的基础。
4. 光的衍射在19世纪初，法国科学家菲涅耳进一步研究了光的波动性质，提出了光的衍射理论。
他通过实验证明，光线通过狭缝或者物体边缘时会发生衍射现象，产生一系列明暗相间的衍射条纹。
这一发现进一步证实了光的波动性质，并为后来的光的衍射研究提供了基础。
5. 光的偏振在19世纪中叶，法国科学家菲涅耳和英国科学家马尔斯特发现了光的偏振现象。
他们发现光线在通过某些材料时会变成单一方向振动的偏振光。
这一发现为后来的偏振光的研究提供了基础，并在光学仪器的设计和创造中起到了重要作用。
6. 光的量子性质在20世纪初，德国物理学家普朗克提出了光的量子理论，即光的能量是以离散的量子形式存在的。
这一理论为解释光的发射和吸收现象提供了新的视角，并为后来的量子力学的发展奠定了基础。
7. 现代光学随着科学技术的不断进步，光学在现代得到了广泛的应用和发展。
光学在通信、医学、材料科学、天文学等领域都发挥着重要的作用。
光学发展简史
光学发展简史光学是研究光的传播、反射、折射和干涉等现象的科学领域，它的发展历史可以追溯到古代。
本文将为您详细介绍光学发展的里程碑和重要人物，以及光学在不同领域的应用。
1. 古代光学的起源古代光学的起源可以追溯到公元前3000年左右。
古埃及人和古希腊人都对光的性质进行了一些初步的研究。
在古希腊，著名的哲学家亚里士多德提出了光是由眼睛发出的观点，而且光的传播是瞬间完成的。
然而，这些观点都是基于直观的经验，缺乏实证的依据。
2. 光的折射定律的发现在17世纪初，法国科学家斯涅尔发现了光的折射定律。
他的实验表明，光线通过两种介质的界面时，会发生折射，并且折射角度与入射角度之比在两种介质中保持不变。
这一发现为后来的光学研究奠定了基础，并为光学仪器的设计和制造提供了理论依据。
3. 光的波动理论的提出在17世纪中叶，荷兰科学家惠更斯提出了光的波动理论。
他认为，光是一种横波，它的传播需要介质的支持。
惠更斯的波动理论解释了光的干涉和衍射现象，为光学研究提供了更深入的理论基础。
4. 光的粒子性质的发现在19世纪初，英国科学家牛顿进行了光的实验，并提出了光的粒子性质的假设。
他通过将光线通过一个三棱镜，发现光线可以分解成不同颜色的光谱。
这一实验结果表明，光是由许多微小的粒子组成的，这些粒子具有不同的波长和频率。
5. 光的电磁波理论在19世纪末，英国科学家麦克斯韦提出了光是电磁波的理论。
他的电磁波方程组描述了电磁波的传播规律，其中包括光波。
这一理论的提出进一步加深了人们对光的理解，并为光的应用提供了更多的可能性。
6. 光学在显微镜和望远镜中的应用光学在显微镜和望远镜的发展中起到了重要的作用。
17世纪，荷兰科学家安东尼·范·李文霍克发明了显微镜，并用它观察了微小的生物结构，如细胞。
这一发明对生物学的发展产生了重要影响。
同时，望远镜的发明也使人们能够观察到更远的天体，推动了天文学的进步。
7. 光学在光纤通信中的应用光纤通信是一种基于光的信息传输技术，它利用光的折射和反射特性来传输信号。
物理学史(光学)
牛顿有一句名言:“不作虚假的假设”( hypot heses non f ingo) 。他的光 学研究正是从实验和观察出发, 进行归纳综合, 总结出一套完整的科学的理 论。归纳法是科学研究的重要方法之一( 当然不是唯一的方法) , 牛顿对色 散的研究为后人树立了光辉的样板。
第四节 光的微粒说和波动说
2他借助几何图形领悟到谱线波长趋近于某一极值又从几何图形推测出平方关系经过反复校核确定埃格斯特朗的数据最为精确并找到了这个共同因3后来他得到哈根拜希教授之助将建立的公式与紫外区的五根氢谱线核对证明也是正确的这才有把握公之于众
第四章 光学的发展
§ 4.1 历史概述 § 4.2 折射定律的建立 § 4.3 牛顿研究光的色散 § 4.4 光的微粒说和波动说 § 4.5 光谱的研究
光学真正形成一门科学, 应该从建立反射定律和折射定律的时代算起, 这两个定律奠定了几何光学的基础。
光的本性也是光学研究的重要课题。微粒说把光看成是由微粒组成, 认为这些微粒按力学规律沿直线飞行, 因此光具有直线传播的性质。19 世纪以前, 微粒说比较盛行。但是, 随着光学研究的深入, 人们发现了许 多不能用直进性解释的现象, 例如干涉、衍射等, 用光的波动性就很容易 解释, 于是光的波动说又占了上风。两种学说的争论构成了光学发展史 中的一根红线。
实验结果是：原来分散的各种颜色，经过第二个棱镜后又还原成白光， 形状和原来一样。再经过第三个棱镜，又分解成各种颜色。由此证明， 棱镜的作用是使白光分解为不同成分，又可使不同成分合成为白光。
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西方古代对光学的认识和研究(一)牛顿在光学上的杰出成就，就可以使他成为科学界的头等人物，跻身于科学伟人的行列。
当牛顿只有21 岁的时候，他已开始了自己的研究工作，对光学问题的研究，又是牛顿全部科学研究、创造生活的开端。
1666年牛顿得到了用三棱镜把白光分成七种颜色的光的实验结果，并于1672年发表论文描述了这一色散实验；1704 年出版了《光学》一书，为光学的发展作出了贡献。
这本书和《自然哲学的数学原理》一书是牛顿的两部基本著作。
1666 年，牛顿正在磨制一些非球面形的光学透镜，同时做了一块三角形的玻璃棱镜，以便重复观察包括意大利物理学家格里马耳迪（F.M.Grimaldi，1618—1663）在内的所做的那些著名实验。
牛顿想办法把自己的房间弄暗，在窗板上开了一个小孔，让适度的太阳光进入室内，然后把他自已磨制的棱镜放在光的入口处，使光线由此折射到对面的墙上。
起初牛顿对墙上产生的那些鲜艳、浓烈的颜色，很感兴趣。
但是经过周密考虑后，他惊异地发现它们是长条形的，而根据公认的折射定律，它们的形状应该是圆形的。
为什么会这样？经过反复思考与实验，牛顿悟出了一个道理，并决心做一个判决性的实验。
牛顿取两块板，把其中的一块放在靠近窗户的棱镜的后面，板上开有一个小孔，光线可以通过这个小孔并落到另一块板上。
他把另一块板放在相距约12 英尺的地方，板上也开有一个小孔，并使光线的一部分通过它，然后再把第二块棱镜放在第二块板的后面。
当第一块棱镜绕它的轴转动时，落在第二块板上的像也跟着移动，同时使全部光线都相继通过板上的小孔，射到它后面的棱镜上，记下光线落在墙上的位置。
牛顿发现，在第一块棱镜上被折射得最厉害的蓝光，在第二个棱镜上受到的折射也最大，而红光在这两个棱镜上都被折射得很少。
牛顿便领悟到长条形的像形成的真实原因：光不是同类的和均匀的，它是由不同类型的光线组成的，其中一些比另一些更能被折射。
1672 年2 月6 日，牛顿向英国皇家学会提交了题为“关于光和色的新理论”的论文，详细地描述了上述实验，并提出了对颜色的新见解。
他认为，应该“有两类颜色。
一类是原始的、单纯的，另一类是由这些原始颜色组成的。
原始的或本原的颜色为红、黄、绿、蓝和紫绀，橙黄、靛青等等只是一大堆不确定的中间层颜色。
”并且指出：“和这些原始颜色同属一类的那些颜色，也可以用组合的方法使之产生，因为黄和蓝混合成绿；红和黄混合成橙；橙和黄绿混合成黄。
一般地说，如果在棱镜所产生的颜色系列中，两种彼此相距不太远的颜色混合成一种颜色，它在上述系列中处于这两种颜色之间。
但是那些相距太远的颜色并不如此。
橙黄和靛青不会产生其间的绿色，深红和绿也得不出其间的黄色。
”牛顿又明确指出，“最突出和最奇异的组合是白色，没有一种光线能够单独显示这种颜色。
它永远是组合成的，而且要组成它就必须用所有前面提到的原始颜色按一定比例混合起来。
”从而否定了过去认为白色和黑色是两种基本颜色的观念。
因此牛顿认为，以这些作为根据，就可以很1704 年，牛顿发表了《光学》（副标题为：关于光的反射、折射、弯曲和颜色的论文）一书，汇总了大部分很早以前完成的研究工作，但是为什么发表得这么晚呢？是有其历史原因的，对此，我们将在下一节中阐明。
《光学》一书的开头，牛顿就指出：“在这本书中我的意图不是用假说来解释光的性质，而是用讨论和实验来叙述和证实它们。
”为此，他就讲了8 个定义和8 条原理。
按照牛顿的说法，其中包括了“迄今为止，在光学中被谈论过的一切。
”但当时人们知道得并不多。
在8 条原理中，前5 条论述了反射和折射的基本规律，后3 条描述了光入射到平面、球面和透镜后，反射光或折射光光程的几何原理，并清楚地引入了聚焦这一概念，同时谈了一些眼睛里的光程知识。
“假设”部分包括了一系列假设、定理和习题。
定理都用实验证实。
在当时的条件下，这些实验是做得很出色的，说明牛顿高超的实验技艺。
假设Ⅰ（定理Ⅰ）的含义是这样的：“不同颜色的光，它们的折射率也不同。
”这一思想用了2 个实验作验证。
假设Ⅱ（定理Ⅱ）断定：“太阳光是由不同折射率的光所组成。
”这个定理用了8 个完全不同的实验来验证。
假设Ⅲ（定理Ⅲ）中，证明了“太阳光是由反射率不同的多种光线组成的，而且被折射得越强烈的光束，则被反射得也越多。
”在实验的说明中，牛顿叙述了对棱镜内部光的全反射所作的观察结果。
这里应该指出，光的全反射现象在较早的时候已被开普勒（J.Kepler，1571—1630）所发现。
假设IV 中，牛顿详细地阐述了怎样把“复杂的非均匀光束一一地分开”，用现代语言来说就是怎样用棱镜或透镜来获得单色光束。
假设V（定理IV）中，牛顿证实了“利用非均匀光照射到折射体上，由于不同类的光有不同的折射率，就会产生不清晰的物体图象。
”这就是色散像差的发现。
为了排除在透镜中的色散像差，牛顿研制了反射式望远镜。
假设VI（定理V）证实，对于不同颜色的光，入射角和折射角正弦的比值不同，但是这一比值仍然与入射角的大小无关。
《光学》一书中还描述和讨论了干涉现象，也就是我们现在所说的牛顿环的实验。
对薄膜彩色现象，前人作了不少研究，但牛顿对它做了细致的、定量的解释，并从现象上确定了它们的基本特性。
在这里，最重要的是牛顿发现了“光的周期性”。
在《光学》第三编的末尾总共提出了31 个“问题”，在这一系列闪耀着启发性光辉的“问题”中，牛顿的思想涉及到各个方面，例如，光的本性，重力和物质，探究自然的正确方法，上帝存在的证明以及关于上帝的可知的一切方面。
《光学》一书的结束语，介绍了许多纯方法论问题，它不但涉及到具体问题，而且创造了建立任何其他科学的普遍原则。
牛顿也自认为《光学》一书是他正确的哲学观点的最好证明。
而《光学》全书，始终是建立在分析法的基础上，它仅仅是从实验中取得资料，描述大自然的规律，而撇开了引起它们产生的理由。
【光的本性之争】光的本性是什么？对这个问题自古以来就有不同的回答。
到17 世纪，形成了一场关于光的本性的争论，也就是微粒说和波动说之争。
这场争论，是科学（特别是光学）发展的产物，同时又成为科学新发展的动力。
微粒说是以牛顿为代表，波动说则是以胡克、惠更斯为代表。
1672 年2 月6 日，牛顿在送交皇家学会的“关于光和色的新理论”一文中表明了自己对光的物质性的见解，认为“光线可能是球形的物体”，这就是我们通常所说的光的微粒说的最早表述。
这种观念，很容易解释光的直线传播，同时也能解释光的反射和折射。
但是这篇论文一经发表，就引起了激烈的争论，反对光的本性的微粒见解的人就是胡克。
胡克（Robert Hooke，1635.7.18—1703.3.3）是英国物理学家。
他对弹性力定律的发现和论证，一直保存到现在，称为胡克定律。
对光的本性问题，胡克主张光是一种振动。
他举出金刚石受到摩擦、打击或加热时，在黑暗中会发光的例子来证明光必定是一种振动。
同时他还以金刚石的坚硬特性，提出这种振动必定是短促的。
当讨论光的直线传播和光速有限时，胡克认为，在一种均匀媒质中，这一运动在各个方面都必将成为一个球面。
这个球面将不断地扩大，如同把一石块投入水中后，在水面一点周围的环状波膨胀为越来越大的圆圈那样。
由此可见，胡克实际上已接触到了波前和波面的概念。
胡克与牛顿争论时，提出了不少问题，特别是微粒说所不能解释的一些事例。
为了回答胡克提出的问题，牛顿又进一步研究，想办法完善自己的假设和理论。
由于牛顿对振动和波动过程有一个严格的了解并有一个严整的数学原理，在与胡克的争论过程中，便认为自己关于光的粒子结构的理论是正确的，但是他也表明没有绝对肯定这个结论，所以只能用“可能”两个字来表示。
进而认为这个结论在极端情况下，仅是自己学说的大概结果，而不是它的基本前提。
1675 年12 月9 日，牛顿向皇家学会又提交了一篇题为“涉及光和色的理论的假说”的论文，论文中提出了一个把光的微粒和以太的振动相结合的新假说。
认为“以太的振动在这一假说和那一假说中都是一样有用的和不可缺少的。
因为假定光线是从发光物质向各方面发射出去的小的微粒的话，那么当它们碰到任何一种折射或反射表面时，就必然要在以太中引起振动，正如石块被投到水中时要引起振动一样。
我还假定，这些振动将按照激发它们的上述颗粒性光线的大小和速度不同而有不同的深度和厚度。
”“只有这样，它才能如此普遍而无所不包，以致把其他的假说也都包罗在内，而不需要创造什么新的假说。
”1675 年12 月21 日，牛顿在给皇家学会秘书奥尔登堡（H.Oldenburg）的信中谈到了自己和胡克看法的不同之处，牛顿认为，“除了假定以太是一种能振动的媒质以外，我和他没有什么共同之点。
然而我的这个假定有和他很不相同的看法：他认为能振动的以太就是光本身，而我则认为它不是。
”与此同时，牛顿在其他论文中又提出并确立了光的周期性。
他在研究光在薄板上的干涉和干涉后颜色随薄板的厚度而改变的现象时，发现了光的周期性，并测量出周期性变化的序列，实质上，他已成为第一个测量光波的波长的人。
当牛顿在皇家学会上宣读新的论文、阐述新的假说时，胡克却提出了优先权的要求。
于是，牛顿在愤慨之下，决定不发表光学著作。
牛顿的多年来的关于光学方面的研究成果，都是在胡克死后的一年——1704 年发表在他的《光学》著作中。
这就是《光学》为什么这么晚才发表的缘由。
这一偶然事件，影响了光学的发展。
综上所述，可以看出，对光的本性的理解，牛顿基本上倾向微粒说，他认为“光线是否是发光物质发射出来的很小的物体？因为这样的一些物体能直线穿过均匀媒质而不会弯到影子区域里去，这正是光线的本性。
”“我们并不需要别的，而只要把光线看作是微小的物体，这些微粒用它们的吸引力或某种其他的力在它们对之作用的物质中激起振动，这些振动比光跑得更快，连续不断地赶上光线，并激动它们，乃至轮流地增加或减小它的速度，从而使它们处于这种一阵一阵的猝发状态之中。
”但是在牛顿的学说中，后来也加进了以太的振动。
坚持光的波动说，并想法建立理论来解释它们的，则是荷兰物理学家惠更斯（ChristianHuygens，1629.4.14—1695.6.8）。
1678 年，惠更斯向法国科学院提交了著作——《光论》。
在书中，惠更斯把光波假设为一纵波，推导和解释了光的直线传播、反射和折射定律，书中并未提到关于光谱分解为各种颜色的问题。
惠更斯的光的波动理论是研究碰撞现象的一个直接结果，他认为光是一种冲量，它类似于球与球之间的冲量的传递，这一研究代表了光学研究中物理观念和数学观念的联合。
《光论》全书正文分成5 章，分别为“论光线沿直线的传播”、“论反射”、“论折射”、“论空气中的折射”、“论冰洲石中的奇异折射”。
最后再加一章，“论用于折射与反射的透明体的图形”。
《光论》的英译本直到1912 年6 月才出版，译者汤普生（SilvanusP.Thompson）认为，惠更斯的著作之所以晚200 年才有英译本，可能是与牛顿的观点相抵触的所有想法，都被其门徒一概排斥的缘故。