第三章 光学的历史概述

一.早期光学二.折射定律的建立三.光学仪器的研制四.牛顿对光的色散的研究,1.光学的历史概述,光学的历史概述,1.古代光学:基本上停留在几何光学的研究和总结上。,公元前5世纪墨经、北宋时期沈括的梦溪笔谈都有记载。,一.早期光学,托勒密(C.Ptolemaeus,希，约公元100-170),古希腊欧几里德(Euclid，约公元前330-公元前275）,研究光的反射,研究光的折射,托勒密像,光学的历史概述,2.中世纪:阿勒哈增（965-1038）(阿拉伯人)著光学。,光学的历史概述,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。,光学的历史概述,二.折射定律的建立,1.1299年，发明了眼镜。意大利人阿玛蒂制造了眼镜。2.1608年，荷兰人李普塞制成第一台望远镜，伽利略改进成放大32倍的望远镜。3.几乎与望远镜同时，荷兰人发现制造了显微镜。,光学的历史概述,三.光学仪器的研制,1666-1704年间，牛顿用色散原理解释了天界神秘而瑰丽的彩虹。,光学的历史概述,四.牛顿对光的色散的研究,一.光的微粒说二.光的波动学说三.光应具有波粒二相性,2.光的波动说和微粒说的论争,光的波动说和微粒说的论争,1704年，牛顿：“光是一种细微的大小不同的而又迅速运动的粒子。”,一.光的微粒说,1.代表人物:惠更斯，胡克：“光必定是一种振动。”,2.波动说的困境:由于当时没发现光的干涉、衍射等波动现象，使光的波动说难以自圆其说。,惠更斯像,光的波动说和微粒说的论争,二.光的波动学说,3.19世纪光的波动说的两个英雄,1)托马斯杨(1773-1829)：两岁认字，四岁能读圣经，23岁获医学学位。,因牛顿反对波动说，光的微粒说在百年中占了上风，波动说几乎销声匿迹。,光的波动说和微粒说的论争,托马斯杨像,设计了杨氏双缝实验，证明了光的干涉现象。,面对牛顿如日中天的气势，杨以不唯名的勇敢精神说：“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并因此非得认为他是百无一失的。我遗憾地看到他也会弄错，而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”,光的波动说和微粒说的论争,2)菲涅耳(1788-1827)：法国工程师。完善了惠更斯理论，提出了子波相干的思想。,菲涅耳的理论泊松的计算阿拉果的实验找到了有利于波动说的泊松亮点。,这样光的波动说赢得了第一回合的胜利。,光的波动说和微粒说的论争,在1818年法国科学院悬赏征文中一举成名。,光的波动说无法解释光电效应，但粒子说可以解释。它的思想是爱因斯坦光量子理论的起源。,光的波动说和微粒说的论争,三.光应具有波粒二相性,3.光谱的研究,一.巴尔末发现氢光谱规律二.广义巴尔末公式,光谱的研究,1.背景:杨的干涉实验提供了测定波长的方法。,一.巴尔末发现氢光谱规律,2.瑞士科学家巴尔末(1825-1898)的贡献,如何从浩繁的光谱资料中找出其中的规律?,光谱的研究,巴尔末像,巴尔末，瑞士的一位中学数学教师，在哈根拜希教授的指点下将氢光谱的规律总结出来，于1884年6月25日正式发表:,次年发表了论文。,光谱的研究,1)由于埃氏对氢谱线的精确测量，提供了氢的可见光部分的四条谱线的精确波长，从中巴尔末提出了一个共同因子：B=3645.6107毫米。,光谱的研究,光谱的研究,由于巴尔末公式的发现，光谱成因的神秘大门被打开了，人们研究原子内部结构，又有了一个新的依据，此后光谱规律不断被揭示，一门新的系统的科学原子光谱形成了。,光谱的研究,光谱的研究,二.广义巴尔末公式,光速的测定,光在真空中的传播速度是一个极其重要的物理量，能否准确测定是物理实验技术水平和理论水平的标志。,4.光速的测定,一.早期的实验二.天文学方法三.地面方法,光速的测定,1.伽利略提出:在已知距离的两个高山峰上，放两盏灯，利用接收灯闪亮的时间去除间距，来测光速，但误差较大。,一.早期的实验,木星有13个卫星，I0（木卫一）是木星的一颗卫星，绕木星旋转一周的时间约42小时28分16秒，因此在地球上看I0蚀也应是42小时28分16秒一次，但是观测后时间却不一样，原因是两次观测木星与地球的距离不一样，从I0发出的光信号所传递的空间距离不同。用两次木卫蚀的时间差去除两次木星与地球的距离差，即可求得光速。现代人用此法可测光速为：2.998108米/秒。,光速的测定,二.天文学方法,丹麦人奥罗斯罗末(1644-1710)于1675年提出。,1849年，法国人菲索（1819-1896）用齿轮旋转法测得光速为3.15108米/秒。他是第一个首次证明光速可以在实验中测得的人。另外，法国人付科、美国人纽克姆等都对光速测定做过贡献。,光速的测定,三.地面方法,下面介绍阿尔伯特迈克尔逊(1926