中小学优质课件人类对光和光的本性的认识课件.ppt

萌芽时期
• 1299年，阿玛蒂（十三世纪）发明了眼镜。因 此到15世纪和16世纪纪，凹面镜，凸面镜，眼 镜，透镜等光学元件已相继出现。
• 我国宋代的沈括（1031—1095）在《梦溪笔谈》 中，记载了极为丰富的几何光学知识。
• 我国元代的自然科学家赵友钦（1279—1368） 著有《革象新书》，书中记有“小罅光景”的大 型光学实验，其中讨论了物体表面照度与光源发 光强度以及距离之间的关系。
第三章人类对光和光的本性的认识
• 光学和几何学、天文学、力学一样，是一门有悠 久历史的学科，也是当前科学领域中最活跃的前 沿阵地之一。
• 光学的发展史，大体可分为五个时期 。 • 1．萌芽时期 。 2．几何光学时期 。 3．波
动光学时期 。4．量子光学时期 。 5．现代光学 时期 。
萌芽时期
• 从我国春秋战国的墨翟（公元前468－376）开 始直到以后的二千年之间，可谓光学的萌芽时期。 它是光学发展史上缓慢前进的年代。在这一时期 中，一方面对光的直线传播、反射和折射现象进 行了实验和观察；另一方面，由于生产和生活的 需要，发明了透镜、凹面镜，并应用于实际。
折射定律的建立
• 有两个创始人，一个是荷兰数学家斯涅耳（荷兰人， 1591－1626），斯涅耳于 1621年，从实际测量中抽 象出这一定律，这一定律的表述是在斯涅耳去世后， 于1626年在他的遣稿中找到的。
• 另一个是苗卡儿（法国人，1596—1650），笛卡儿 虽然倾向于光的波动说，但在解释光的折射时，又 把光看作由无数小球组成。因此，他是从光的微粒 观念中推导出折射定律的。在1637年出版的《折光 学》一书中，他第一个正式公布具有现代形式的折 射定律，把余割之比换成了正弦之比。
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。
几何光学时期
• 费马（法国人，1601一1665）在1657年，首先指 出光在介质中传播时，所走路程取极值的原理， 并根据这个原理，推导出光的反射定律和折射定 律。
• 到十七世纪中叶，已经建立了光的反射和折射定 线传播作为基础的，但在实 际观察中也存在违背这一原则的现象。如格里马 （意大利人，1618—1663）等人首先观察到衍射 现象。
萌芽时期
• 公元二世纪，托勒密（希腊人，公元70－147） 研究了折射现象，写了《光学》一书，书中记 载光由空气进入水中的入射角和折射角，得出 一系列数据。他认为折射角和入射角成正比。
• 阿尔一哈金（阿拉伯人，公元 965－1038）首 先发明了凸透镜，并对它进行了实验研究，所 得的结果接近于近代关于凸透镜的理论。
几何光学时期
• 1609年，伽里略（意大利人， 1564—1642）制 造了用凸透镜做物镜，用凹透镜做目镜的伽里 略望远镜。他的不朽的功勋之一是第一个把望 远镜指向天空，当时的目的是为了证实哥白尼 （波兰人。 1473—1543）的日心说。
• 开普勒（德国人，1571—1630）汇集前人的光 学知识，于1611年发表了《屈光学》一书。书 中记载：他研究了折射现象，断定托勒密关于 折射定现的结论并不正确，
萌芽时期
• 最早且有据可查的是我国春秋战国时期的墨翟 及其弟子的工作。
• 欧几里德（古希腊，公元前330—275）也提出 了光的直线传播性，他在《光学》一书中写道： “我们假想光是以直线进行的，在线与线间还 留出一些空隙来，光线自物体到人眼成为一个 锥体，锥顶在人眼，锥底在物体，只有被光线 碰上的东西才给我们看见，没有碰上的东西就 看不见了”。
亚里士多德（希腊,公元前384一322）
• 认为白色阳光通过美丽的古老大教 堂的彩色玻璃窗之后变得五颜六色， 好象白衣服放入不同染料的溶液中 被染了色一样，是光把透明介质物 体的可见性变成了现实。认为颜色 是人们主观的感觉，一切颜色都是 光明与黑暗，白与黑按光的比例混 合的结果。
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。
几何光学时期
• 胡克（英国人，1635－1703）也观察到了衍射 现象，并和玻义耳（英国人， 1627—1691）独 立地研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹。以上 这些都是波动光学的萌芽。
• 到了十七世纪后半叶，牛顿（英国人，1643－ 1727）和惠更斯（ 荷兰人， 1629一1695）等对 光的研究，才真正把光学引上了发展的道路。
牛顿光学上的伟大贡献
• 在1704年出版的《光学---论光的反射、 折射、弯曲和颜色》一书中，书中描 述了他所做过的实验和所得出的结论。
• 首先，他为了改善望远镜头而磨制三 棱镜，从而发现了色散现象。证明了 白光是由各种色光复合而成的 。
几何光学时期
• 牛顿的另一个实验是这样进行的，他用一块长纸板， 一半涂成鲜红色，另一半涂成兰色，把它放在窗户边， 通过一块玻璃棱镜来观察它。他发现：“如果把棱镜 的折射棱角朝上，使纸板由于折射看起来好象是被抬 高了。那么折射的结果使兰色半边比红色半边升得更 高。但是当棱镜的棱角朝下，使纸板由于折射看起来 好象是被放低了，兰的半边就比红的半边降得更低 了。”根据以上实验，牛顿断定兰光折射得比红光更 厉害些，并得出透镜聚光时，兰光和红光一定是聚集 在离透镜不同的距离上。
• 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。
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。