第一讲光学PPT课件
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着天文学、力学和光学的出现，物理学在 十八世纪开始成为科学. ❖ 牛顿则持光的微粒说，他认为波动说的最 大障碍是不能解释光的直线进行。他提出 发光物体发射出以直线运动的微粒子、微 粒子流冲击视网膜就引起视觉。它也能解 释光的折射与反射，甚至经过修改也能解 释F.M.格里马尔迪发现的“衍射”现象。 7
10
二、自然界中的光学现象
英国史前巨石阵上空出现日食
11
乌拉圭首都蒙得维的亚的
海洋博物馆上空出现的月蚀
12
日本富士山(2002年11月19日狮子座流星雨)
13
各天文台观察星辰
14
雨后的彩虹
唐初孔颖达（574-648） “若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”
15
唐初孔颖达（574-648） “若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”
璃 ❖ 8、各种颜色是怎么出现的，它是由同一种光传递的
吗？
2
1、光本性学说的发展史
牛顿
微粒说
惠更斯 波动说
光的电磁说
波粒二象说
3
光学历史： 几何光学
❖ 墨子对光学很有研究，对于光的直线传播、光的反射和若 干物影成像，进行了精彩的描述。
❖ 有一次，墨子进行光学实验，他在堂屋朝阳的地方，让一 个人对着小孔站在屋外，在阳光的照射下，屋内相对的墙 上出现倒立人像。墨子通过小孔成像的光学实验，阐述了 光的直线传播原理，成为后代摄影技术的先声。
❖ 法国 笛卡儿 1638年，提出一种无所不在的 “以太”假说，拒绝接受超距作用的解释， 坚持认为力只能通过物质粒子和与之紧邻 的粒子相接触来传播，把热和光看成是以 太中瞬时传播的压力。《屈光学》中提出 光的粒子假说，并用以推出光的折射定律。
❖ 斯涅耳（W. Snell, 约1580-1626)、 ❖ 费马（P.Fermat, 1601-1665) ❖ 英国 牛顿,1704年，《光学》一书出版。随
在瑞典、挪威、前苏联和加拿大北部，一年可以看到100次左右的极光， 出现的时间大多在春季和秋季。在加拿大北部的赫德森湾地区，每年见到的极 光多达240次左右。我国最北部的黑龙江省漠河地区，人们常常可以看到五彩 斑斓北极光。
20
甘肃敦煌（左）和娥眉山（右）的佛光
21
【佛光】
佛家认为，要与佛有缘的人，才能看到此光，因为佛 光是从佛的眉宇间放射出的救世之光，吉祥之光。
❖ 墨子及其弟子的著作，统称为《墨子》。其中《经上》， 《经下》、《经说上》、《经说下》及《大取》、《小取》 六篇，专说名辩和时间、空间、物质结构、力学、光学、 声学、代数、几何等内容.
4
柏拉图和欧几里德的“触须说”
5
格里马尔迪（1618-1663） 《发光、颜色和彩虹的物理数学》
光的衍射
6
光的机械论认识——微粒说
波动说与微粒说的竞争
❖ 非牛顿的权威作用
过分夸大牛顿当时的权威作用 笛卡尔的以太漩涡理论并未受到这种权威作用的
影响 牛顿对颜色的正确认识受到歌德和黑格尔的反对
8
美学上的原因
❖ 波动说
认为光是纵波，无法解释偏振现象 缺乏足够的数学严密性
❖ 微粒说
解释了反射、折射、偏振甚至干涉现象 法国牛顿学派建造了一个非常壮丽的，充满简单、
第一讲光学现象及光的传播
❖一、光是什么？
❖ 神说，要有光，于是就有了光——《圣经》
❖二、自然界中的光学现象 ❖三、光源？ ❖四、光是如何传播的？
1
一、光究竟是什么?
❖ 1、光是什么形状的，它有多大？究竟有没有形状与 大小？
❖ 2、它是物质性的还是非物质性的？ ❖ 3、它有重量吗？ ❖ 4、它会使所有被撞到的东西都产生震动吗？ ❖ 5、它是热的呢，还是冷的？ ❖ 6、它移动得多快？它到底移动不移动？ ❖ 7、既然它穿不过薄纸板，为什么又能穿过厚厚的玻
16Biblioteka 湖边的彩霞17北极极光
18
19
【极 光】
极光是一种大气光学现象。当太阳黑子、耀斑活动剧烈时，太阳发出大量 强烈的带电粒子流，沿着地磁场的磁力线向南北两极移动，它以极快的速度进 入地球大气的上层，其能量相当于几万或几十万颗氢弹爆炸的威力。由于带电 粒子速度很快，碰撞空气中的原子时，原子外层的电子便获得能量。当这些电 子获得的能量释放出来，便会辐射出一种可见的光束，这种迷人的色彩就是极 光。
科学上讲佛光是日光在传播过程中，经过障碍物的 边缘或空隙间产生的衍射现象，即衍射作用而形成的。 当云层较厚时，日光在射透云层后，会受到云层深处的 水滴或冰晶的反射。这种反射在穿过云雾表面时，在微 小的水滴边缘产生的衍射现象，有一部分光束会偏离原 来的方向，其偏离的角度与水滴直径成反比，而与各色 光的波长成正比。于是，不同的单色光就逐渐扩散开来， 在人们的眼前，出现一个彩色的光环。
对称、和谐之美的理论体系
9
波动说
❖ 胡克是光的波动说支持者。1665年，胡克提出了光的波动 说，他认为光的传播与水波的传播相似。1672年胡克进一 步提出光波是横波的概念。
• 惠更斯在1690年出版的《光论》一书中正式提出了光的波 动说，建立了著名的惠更斯原理。在此原理基础上，他推 倒出了光的反射和折射定律，圆满的解释了光速在光密介 质中减小的原因，同时还解释了光进入冰洲石所产生的双 折射现象，认为这是由于冰洲石分子微粒为椭圆形所致。 后来，菲涅耳对惠更斯的光学理论作了发展和补充，创立 了“惠更斯--菲涅耳原理”，才较好地解释了衍射现象， 完成了光的波动说的全部理论。
地球的两极有两个大磁场，带电粒子流受地球磁场的影响，飞行路线就要 向两极偏转，两极地区形成的粒子流较中纬度更多，在高纬度地区人们能观察 到极光的机会更多些。出现在北极的叫北极光，出现在南极的叫南极光。
极光通常有带状、弧状、幕状或放射状等多种形状。由于空气中含有氢、 氧、氮、氦、氖、氩等气体，在带电粒子流的作用下，各种不同气体便发出不 同的光。比如氖气发出红光，氩气发出蓝光，……因此极光的颜色也是丰富多 彩、变幻无穷的。极光往往突然出现，连续一段时间以后又突然消失。
• 杨氏（T.Young 1773-1829)杨氏干涉实验为波动光学的复 兴作出了开创性的工作。用干涉原理解释牛顿环的成因和 薄膜的彩色，并第一个近似地测定了七种颜色的光的波长， 从而完全确认了光的周期性，为光的波动理论找到了又一 个强有力的证据。
• 菲涅耳(1788～1827) ；菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理为 基础，用新的定量形式建立了以他们的姓氏命名的惠更斯 －菲涅耳原理。解释了衍射现象，完成了光的波动说的全 部理论
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二、自然界中的光学现象
英国史前巨石阵上空出现日食
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乌拉圭首都蒙得维的亚的
海洋博物馆上空出现的月蚀
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日本富士山(2002年11月19日狮子座流星雨)
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各天文台观察星辰
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雨后的彩虹
唐初孔颖达（574-648） “若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”
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唐初孔颖达（574-648） “若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”
璃 ❖ 8、各种颜色是怎么出现的，它是由同一种光传递的
吗？
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1、光本性学说的发展史
牛顿
微粒说
惠更斯 波动说
光的电磁说
波粒二象说
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光学历史： 几何光学
❖ 墨子对光学很有研究，对于光的直线传播、光的反射和若 干物影成像，进行了精彩的描述。
❖ 有一次，墨子进行光学实验，他在堂屋朝阳的地方，让一 个人对着小孔站在屋外，在阳光的照射下，屋内相对的墙 上出现倒立人像。墨子通过小孔成像的光学实验，阐述了 光的直线传播原理，成为后代摄影技术的先声。
❖ 法国 笛卡儿 1638年，提出一种无所不在的 “以太”假说，拒绝接受超距作用的解释， 坚持认为力只能通过物质粒子和与之紧邻 的粒子相接触来传播，把热和光看成是以 太中瞬时传播的压力。《屈光学》中提出 光的粒子假说，并用以推出光的折射定律。
❖ 斯涅耳（W. Snell, 约1580-1626)、 ❖ 费马（P.Fermat, 1601-1665) ❖ 英国 牛顿,1704年，《光学》一书出版。随
在瑞典、挪威、前苏联和加拿大北部，一年可以看到100次左右的极光， 出现的时间大多在春季和秋季。在加拿大北部的赫德森湾地区，每年见到的极 光多达240次左右。我国最北部的黑龙江省漠河地区，人们常常可以看到五彩 斑斓北极光。
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甘肃敦煌（左）和娥眉山（右）的佛光
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【佛光】
佛家认为，要与佛有缘的人，才能看到此光，因为佛 光是从佛的眉宇间放射出的救世之光，吉祥之光。
❖ 墨子及其弟子的著作，统称为《墨子》。其中《经上》， 《经下》、《经说上》、《经说下》及《大取》、《小取》 六篇，专说名辩和时间、空间、物质结构、力学、光学、 声学、代数、几何等内容.
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柏拉图和欧几里德的“触须说”
5
格里马尔迪（1618-1663） 《发光、颜色和彩虹的物理数学》
光的衍射
6
光的机械论认识——微粒说
波动说与微粒说的竞争
❖ 非牛顿的权威作用
过分夸大牛顿当时的权威作用 笛卡尔的以太漩涡理论并未受到这种权威作用的
影响 牛顿对颜色的正确认识受到歌德和黑格尔的反对
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美学上的原因
❖ 波动说
认为光是纵波，无法解释偏振现象 缺乏足够的数学严密性
❖ 微粒说
解释了反射、折射、偏振甚至干涉现象 法国牛顿学派建造了一个非常壮丽的，充满简单、
第一讲光学现象及光的传播
❖一、光是什么？
❖ 神说，要有光，于是就有了光——《圣经》
❖二、自然界中的光学现象 ❖三、光源？ ❖四、光是如何传播的？
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一、光究竟是什么?
❖ 1、光是什么形状的，它有多大？究竟有没有形状与 大小？
❖ 2、它是物质性的还是非物质性的？ ❖ 3、它有重量吗？ ❖ 4、它会使所有被撞到的东西都产生震动吗？ ❖ 5、它是热的呢，还是冷的？ ❖ 6、它移动得多快？它到底移动不移动？ ❖ 7、既然它穿不过薄纸板，为什么又能穿过厚厚的玻
16Biblioteka 湖边的彩霞17北极极光
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【极 光】
极光是一种大气光学现象。当太阳黑子、耀斑活动剧烈时，太阳发出大量 强烈的带电粒子流，沿着地磁场的磁力线向南北两极移动，它以极快的速度进 入地球大气的上层，其能量相当于几万或几十万颗氢弹爆炸的威力。由于带电 粒子速度很快，碰撞空气中的原子时，原子外层的电子便获得能量。当这些电 子获得的能量释放出来，便会辐射出一种可见的光束，这种迷人的色彩就是极 光。
科学上讲佛光是日光在传播过程中，经过障碍物的 边缘或空隙间产生的衍射现象，即衍射作用而形成的。 当云层较厚时，日光在射透云层后，会受到云层深处的 水滴或冰晶的反射。这种反射在穿过云雾表面时，在微 小的水滴边缘产生的衍射现象，有一部分光束会偏离原 来的方向，其偏离的角度与水滴直径成反比，而与各色 光的波长成正比。于是，不同的单色光就逐渐扩散开来， 在人们的眼前，出现一个彩色的光环。
对称、和谐之美的理论体系
9
波动说
❖ 胡克是光的波动说支持者。1665年，胡克提出了光的波动 说，他认为光的传播与水波的传播相似。1672年胡克进一 步提出光波是横波的概念。
• 惠更斯在1690年出版的《光论》一书中正式提出了光的波 动说，建立了著名的惠更斯原理。在此原理基础上，他推 倒出了光的反射和折射定律，圆满的解释了光速在光密介 质中减小的原因，同时还解释了光进入冰洲石所产生的双 折射现象，认为这是由于冰洲石分子微粒为椭圆形所致。 后来，菲涅耳对惠更斯的光学理论作了发展和补充，创立 了“惠更斯--菲涅耳原理”，才较好地解释了衍射现象， 完成了光的波动说的全部理论。
地球的两极有两个大磁场，带电粒子流受地球磁场的影响，飞行路线就要 向两极偏转，两极地区形成的粒子流较中纬度更多，在高纬度地区人们能观察 到极光的机会更多些。出现在北极的叫北极光，出现在南极的叫南极光。
极光通常有带状、弧状、幕状或放射状等多种形状。由于空气中含有氢、 氧、氮、氦、氖、氩等气体，在带电粒子流的作用下，各种不同气体便发出不 同的光。比如氖气发出红光，氩气发出蓝光，……因此极光的颜色也是丰富多 彩、变幻无穷的。极光往往突然出现，连续一段时间以后又突然消失。
• 杨氏（T.Young 1773-1829)杨氏干涉实验为波动光学的复 兴作出了开创性的工作。用干涉原理解释牛顿环的成因和 薄膜的彩色，并第一个近似地测定了七种颜色的光的波长， 从而完全确认了光的周期性，为光的波动理论找到了又一 个强有力的证据。
• 菲涅耳(1788～1827) ；菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理为 基础，用新的定量形式建立了以他们的姓氏命名的惠更斯 －菲涅耳原理。解释了衍射现象，完成了光的波动说的全 部理论