物理学与人类文明(多媒体课件)2

1、物物 理理 学学 人人 明明 类类 文文 叶高翔叶高翔 2014年秋年秋(1) 几何光学几何光学 光由微粒组成光由微粒组成, ,直线传播直线传播 ! ! 几几何何光光学学的的困困难难： 光光束束 亮亮 栏栏 黑黑 屏屏 ( (2 2) ) 波动光学波动光学 A.A.光是一种波动光是一种波动 0.390.76(m)I蓝光蓝光0.390.76(m)I（光强度光强度）白色光白色光白光经过三棱镜后的分光现象白光经过三棱镜后的分光现象 例：物体颜色的解释例：物体颜色的解释 若物体不吸收（即反射）某波长的光，若物体不吸收（即反射）某波长的光， 就呈现该波长光的颜色。就呈现该波长光的颜色。I* * 朝阳，夕

2、阳：短波部分被大气层散射，呈朝阳，夕阳：短波部分被大气层散射，呈红色红色； * * 天空：短波部分被散射到人眼，呈天空：短波部分被散射到人眼，呈蓝色蓝色。 彩虹和佛光：彩虹和佛光： 空气中水珠对太阳光的折射和反射。空气中水珠对太阳光的折射和反射。 波长不同，折射角不同。波长不同，折射角不同。 太阳光太阳光 水珠水珠 内紫外红：虹内紫外红：虹 水珠水珠 太阳光太阳光 内红外紫：霓内红外紫：霓 尼亚加拉大瀑布尼亚加拉大瀑布（摄于（摄于2011年年7月月25日）日）“自然科学自然科学”从来谢绝：从来谢绝：“少数服从多数，非权威服从权威。少数服从多数，非权威服从权威。”“信则灵，不信则不灵。信则灵，不

3、信则不灵。”“心诚则灵。心诚则灵。”“谣言重复一千遍便是真理。谣言重复一千遍便是真理。” 。 。 。 。 。 BAC3. 3. B理论仍是相对真理理论仍是相对真理, ,超出超出B理论所适用理论所适用 的范围后的范围后, ,它将被更先进的它将被更先进的C理论所取代理论所取代; ; 。 。 。 。 。1. 1. 在在A理论所适用的范围内理论所适用的范围内, ,A理论永远是理论永远是 ( (相对相对) )正确的正确的; ; 2. 2. 超出超出A理论所适用的范围理论所适用的范围, ,它将被更先进它将被更先进的的 B理论所取代理论所取代, ,且在且在A理论所适用的范围内理论所适用的范围内, , A和和

4、B理论得到同样结果理论得到同样结果; ;（c）否定与创新同步！）否定与创新同步！ 例：光的本质例：光的本质光是一条条线组成的光是一条条线组成的（古代中国）（古代中国）；光是由一颗颗光是由一颗颗微粒微粒组成的组成的（几何光学）（几何光学）；光是一种波动光是一种波动（波动光学，经典电磁场理论）（波动光学，经典电磁场理论）；光是一种具有波动性的光是一种具有波动性的微粒微粒（量子力学）（量子力学）；光是一种量子场光是一种量子场（量子场论）（量子场论）；光是一种闭合弦光是一种闭合弦 (超弦理论超弦理论) 。 。 。 。 。 - - 否定之否定规律否定之否定规律（d） 创新过程创新过程: 从从 0 至至

5、tc，是漫长的探索过程，包含，是漫长的探索过程，包含 大量艰辛和失败；大量艰辛和失败；tc 附近伴随震荡，忽然开朗！附近伴随震荡，忽然开朗！ 时间时间 领悟程度领悟程度 tc 0 19531953年，英国科学家弗朗西斯年，英国科学家弗朗西斯克里克与美国科学家克里克与美国科学家詹姆士詹姆士沃森在英国剑桥的沃森在英国剑桥的凯文迪许凯文迪许实验室合作，揭示实验室合作，揭示了了的基本结构为双螺旋结构。的基本结构为双螺旋结构。（e）创新没有标准路径）创新没有标准路径 在科学史上，创新成功者的成功之路各在科学史上，创新成功者的成功之路各不相同，每一项创新因缘也不相同，与时代、不相同，每一项创新因缘也不相同

6、，与时代、学科、年龄、性别、个人专长、人文环境等学科、年龄、性别、个人专长、人文环境等相关联。相关联。 年龄（岁）年龄（岁）创新成功概率创新成功概率20 30 40 50 60 70 实线：科学工作者实线：科学工作者虚线：人文学者虚线：人文学者统计结果：创新成功概率与年龄的关系统计结果：创新成功概率与年龄的关系I I t t I I 叠加后叠加后 t t I I t t 由于它们的频率相同，振动方向相同，且具有固定的位相差由于它们的频率相同，振动方向相同，且具有固定的位相差 =0=0，因此，叠加后光强加强。，因此，叠加后光强加强。 波波 I波波 III I t t I I 叠叠加加后后 t t

7、 I I t t 两两束束光光波波在在相相遇遇处处位位相相相相反反，即即= =，叠叠加加后后形形成成光光强强相相消消. . 波波 I波波 II“以太（以太（aether）”学说（亚里士多德）：学说（亚里士多德）： 在宇宙中，在宇宙中，“以太以太”无处不在，为五元素之一，所有星球均在无处不在，为五元素之一，所有星球均在“以太以太”海洋里漂泊。海洋里漂泊。十九世纪物理学：以太是电磁波的传播媒质，在地球上可感受十九世纪物理学：以太是电磁波的传播媒质，在地球上可感受迎面吹来的迎面吹来的 “以太风以太风”。 迈克尔逊干涉实验证明：宇宙中不存在迈克尔逊干涉实验证明：宇宙中不存在“以太以太”！反射镜反射镜反

8、射镜反射镜在地球上能感受到“以太风”吗？地球公转速度地球公转速度 V 30 千米千米/秒秒D.D. 惠更斯惠更斯菲涅耳原理：菲涅耳原理： 波阵面上每一点波阵面上每一点 dsds，均可看作新的子波源，向四周发出球面波，均可看作新的子波源，向四周发出球面波， 任一点任一点 P P 的光强是所有这些子波源在该点振动的相干叠加。的光强是所有这些子波源在该点振动的相干叠加。 光栏光栏 P P r r dsds 光源光源 E E. . 光光的的衍衍射射许许许许多多多多条条光光束束的的干干涉涉 （声声、水水波波等等也也有有衍衍射射现现象象，如如隔隔墙墙闻闻莺莺等等） 例例：直直边边衍衍射射（刀刀刃刃衍衍射射） 直直边边 屏屏 干涉记录（拍摄） ：干涉记录（拍摄） ： 反射镜反射镜 全息底片全息底片 衍射再现：衍射再现： 全息底片全息底片 美国总统大选已经基本结束，而为了报道这场盛况，新闻媒体也是美国总统大选已经基本结束，而为了报道这场盛况，新闻媒体也是挖空了心思，用尽各种方法吸引观众，其中美国有线电视新闻网挖空了心思，用尽各种方法吸引观众，其中美国有线电视新闻网(CNN)甚至用上了全息技术。在下边的视频和照片里，你可以看到甚至用上了全息技术。在下边的视频和照片里，你可以看到CNN女主持女主持Jessica Yelli