光学中的物理学史共32页
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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。
物理光学讲课课件
物理光学讲课课件
目录
• 引言 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 光的吸收、色散和散射 • 现代光学技术及应用
01
引言
光学的发展历程
早期光学
从反射和折射定律的发现到光的波动理 论的提出。
几何光学
建立光的直线传播、反射和折射定律， 以及透镜成像等理论。
物理光学
从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究 ，到光的电磁理论的确立。
非线性光学简介
非线性光学现象
阐述非线性光学中的基本 现象，如二次谐波产生、 和频与差频产生、光整流 、光克尔效应等。
非线性光学材料
介绍常见的非线性光学材 料，如晶体、半导体、有 机材料和光纤等，并分析 其特性。
非线性光学器件
概述非线性光学器件的原 理和应用，如光开关、光 限幅器、光逻辑门等。
量子光学简介
衍射条纹。
04
光的偏振
偏振现象和分类
偏振现象
光波在传播过程中，光矢量（即 电场强度矢量E）的振动方向对于 光的传播方向失去对称性的现象 。
分类
根据光矢量末端在垂直于传播方 向的平面上描绘出的轨迹形状， 可分为线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关 系，即$I = I_0 cos^2 theta$，其中$I_0$为入射光强，$theta$为透振方向与 入射光振动方向之间的夹角。
光电转换
将光能转换成电能或其他形式的能 量，应用于太阳能电池、光电探测 器等器件中。
02
光的干涉
干涉现象和条件
01
干涉现象
两列或多列波在空间某些区域 振动加强，在另一些区域振动 减弱，形成稳定的强弱分布的
目录
• 引言 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 光的吸收、色散和散射 • 现代光学技术及应用
01
引言
光学的发展历程
早期光学
从反射和折射定律的发现到光的波动理 论的提出。
几何光学
建立光的直线传播、反射和折射定律， 以及透镜成像等理论。
物理光学
从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究 ，到光的电磁理论的确立。
非线性光学简介
非线性光学现象
阐述非线性光学中的基本 现象，如二次谐波产生、 和频与差频产生、光整流 、光克尔效应等。
非线性光学材料
介绍常见的非线性光学材 料，如晶体、半导体、有 机材料和光纤等，并分析 其特性。
非线性光学器件
概述非线性光学器件的原 理和应用，如光开关、光 限幅器、光逻辑门等。
量子光学简介
衍射条纹。
04
光的偏振
偏振现象和分类
偏振现象
光波在传播过程中，光矢量（即 电场强度矢量E）的振动方向对于 光的传播方向失去对称性的现象 。
分类
根据光矢量末端在垂直于传播方 向的平面上描绘出的轨迹形状， 可分为线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关 系，即$I = I_0 cos^2 theta$，其中$I_0$为入射光强，$theta$为透振方向与 入射光振动方向之间的夹角。
光电转换
将光能转换成电能或其他形式的能 量，应用于太阳能电池、光电探测 器等器件中。
02
光的干涉
干涉现象和条件
01
干涉现象
两列或多列波在空间某些区域 振动加强，在另一些区域振动 减弱，形成稳定的强弱分布的
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
光学中的物理学史
1648年，布拉格的马尔西用三棱镜演示色散成功。不 过他解释错了。他认为红色是浓缩了的光，蓝色是稀
释了的光；之所以会出现五颜六色，是由于光受物质
的不同作用，因而呈现各种不同的颜色。 17世纪正当望远镜、显微镜问世，伽利略运用望远镜 观察天体星辰，胡克用显微镜观察微小物体，激起了 广大科学界的兴趣。然而，当放大倍数增大时，这些 仪器不可避免地都会出现象差和色差，使人们深感迷 惑。人们不理解，为什么在图象的边缘总会出现颜色 ？这和彩虹有没有共同之处?这类现象有什么规律性? 怎样才能消除？
为了证明红光和蓝光各具不同的折射性能，牛顿用棱 镜做了如下的实验。 如图，在一张黑纸上画一条线opq，半边op为深蓝色 ，半边pq为深红色，经棱镜adf观看，只见这根线好 象折断了似的，分界处正是红蓝之交，蓝色部分rs比 红色部分st更靠近棱脊ab。可见蓝光比红光受到更大 的折射。
为了证明色散现象不是由于棱镜跟阳光的相互作用
1604年天空出现超新星，亮光持续18个月之久。 他便趁机在威尼斯作几次科普演讲，宣传哥白尼学 说。 1609年7月,盛传一荷兰眼镜工人发明了供人玩赏 的望远镜。他未见到实物，思考几日后，用风琴管 和凸凹透镜各一片制成一具望远镜,倍率为3,后又 提高到9。 1613年他发表了3篇讨论太阳黑子问题的通信稿 。另外,1612年他又出版了《水中浮体对话集》一 书。 1630年他撰写了《关于托勒密和哥白尼两大世界 体系对话》一书
牛顿从笛卡儿等人的著作中得到许多启示。 例如笛卡儿说过：“运动慢的光线比运动快
的光线折射得更厉害，”胡克描述过肥皂泡
的颜色变化，认为不同的颜色是光脉冲对视 网膜留下的不同印象。红色和蓝色是原色， 其它颜色都是由这两种颜色合成和冲淡而成 。牛顿注意到这些说法的合理成分，同时也
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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
2020高中物理竞赛(科普版)物理学史03光学：杨氏双缝实验 (共14张PPT)
德布罗意的工作
❖ 德布罗意的工作，使光的波粒二象性得到了 进一步阐述，并推广到了一切实物粒子都具 有波粒二象性的结论。1924年11月，德布罗 意在法国索邦提交了一篇论文，该文中把一 种称之为物质的波与每一个粒子的运动联系 起来，并得出两个关系
E＝hν，P＝h/λ 其中 E是粒子的能量；ν是物质波的频率； λ 是波长； P是动量的大小。
菲涅耳的功绩
❖ 托马斯·杨和菲温耳的发现，标志着光学进 入了新的时期——弹性以太光学的时期。 牛顿的观念受到了强有力的冲击。尤其在 1849年菲索（法国人，1819一1896）利用 转动齿轮法和 1862年佛科（法国人， 1819—1868）利用旋转镜法，使得光速的 测定第一次能在实验室进行，由此证明了 波动说在解释折射时的正确性。这样波动 光学在关于光的本性的争论中，上升为统 治地位。
2020高中物理竞 赛（科普版）
有趣的物理学史
2．杨氏双缝实验
❖ 1800年，杨在论文《在声和光方面的实 验和问题》中，提出了反对微粒理论的 新论据：①在解释由强光和弱光源所发 出的光粒子有同样的速度方面碰到的困 难，②在解释射线从一种介质进入另一 种介质时，一部分不断地被反射，而另 一部分不断地发生折射的困难。
3．爱因斯坦对光的本性的研究
❖ 爱因斯坦关于光量子的假说是清 楚的。但当时曾遭到包括普朗克在 内的一些物理学家的反对。为此爱 因斯坦继续研究他的微粒说，并且 更深入地探索辐射的本性。
3．爱因斯坦对光的本性的研究
❖ 1909年，爱国斯坦在萨尔茨堡的一次科学会 议上所做的学术报告里，讲了这样一段话： “不可否认的是，有关黑体辐射的很大一类 实验说明，光所具有的一些基本性质，从牛 顿的微粒论去理解要比从波动说去理解容易 得多。因此我认为，在理论物理发展的下一 阶段，将会出现关于光的理论，根据这种理 论可能被看作是波动和微粒论的一种融合 体…我们关于光的本性和光的结构的看法的 深刻改变是不可避免的”。
光学发展简史ppt课件
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
《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。
满解释了黑体辐射、光电效应和康普顿效应现象；提出了光的波粒二象性。
黑体辐射问题：普朗克 (德,1858~1947)
解释光电效应：爱因斯坦 (美,1879~1955)
X射线散射实验：康普顿 (美,1892~1962 )
德布罗意（法， 1892～1989 ）提出物质波假 说，戴维孙与革末的电子衍射实验证实电子具 有波动性
墨翟（公元前468～376年）
B、欧几里德： 在其著作 《光学》一书中提出 触须学说：
⑴正确反映了光的直线传播规律 ⑵错误：人眼能发出光线
欧几里德（古希腊，公元前330～275年）
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
中国古代的自然哲学和以原理、定律表现出来的理 论性的自然知识是较薄弱的，特别是比古希腊和15世 纪之后的欧洲逊色不少。但在实用科学方面，我国在 相当长的时间里处于世界领先地位，这在我国古代最 为发达的四大传统学科天、算、农、医中表现更为明 显，如闻名于世的四大发明都是实用性的，英国科学 史家李约瑟在他所著的《中国科学技术史》的序言中 曾公正的评价说：“中国的这些科学和发现往往远远 超过同时代的欧洲，特别是15世纪之前更是如此”。 不过中国古代的实用科学有一个某些人认为是缺点的 特点，就是缺乏严谨的实验证明、理论说明和科学表 达。中国古代的实用科学多为经验性的描述。
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。
光学中的物理学史34页PPT
光学中的物理学史
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该Байду номын сангаас的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该Байду номын сангаас的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
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16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
光学中的物理学史
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。