第一讲光学课件.ppt

第一讲光学1第1页，此课件共41页哦一、光究竟是什么一、光究竟是什么?v1、光是什么形状的，它有多大？究竟有没有形状与大小？、光是什么形状的，它有多大？究竟有没有形状与大小？v2、它是物、它是物质性的性的还是非物是非物质性的？性的？v3、它有重量、它有重量吗？v4、它会使所有被撞到的、它会使所有被撞到的东西都西都产生震生震动吗？v5、它是、它是热的呢，的呢，还是冷的？是冷的？v6、它移、它移动得多快？它到底移得多快？它到底移动不移不移动？v7、既然它穿不、既然它穿不过薄薄纸板，板，为什么又能穿什么又能穿过厚厚的玻璃厚厚的玻璃v8、各种、各种颜色是怎么出色是怎么出现的，它是由同一种光的，它是由同一种光传递的的吗？2第2页，此课件共41页哦1、光本性学、光本性学说的的发展史展史牛牛顿 微粒微粒说惠更斯惠更斯 波波动说光的光的电磁磁说波粒二象波粒二象说3第3页，此课件共41页哦光学光学历史：史：几何光学几何光学v墨子墨子对光学很有研究，光学很有研究，对于光的于光的直直线传播、光的反射和若干物影播、光的反射和若干物影成像成像，进行了精彩的描述。行了精彩的描述。v有一次，墨子有一次，墨子进行光学行光学实验，他在堂屋朝阳的地方，他在堂屋朝阳的地方，让一个人一个人对着小着小孔站在屋外，在阳光的照射下，屋内相孔站在屋外，在阳光的照射下，屋内相对的的墙上出上出现倒立人像。墨子倒立人像。墨子通通过小孔成像的光学小孔成像的光学实验，阐述了光的直述了光的直线传播原理，成播原理，成为后代后代摄影影技技术的先声。的先声。v墨子及其弟子的著作，墨子及其弟子的著作，统称称为墨子墨子。其中。其中经上上，经下下、经说上上、经说下下及及大取大取、小取小取六篇，六篇，专说名名辩和和时间、空、空间、物、物质结构、力学、光学、声学、代数、几何等内构、力学、光学、声学、代数、几何等内容容.4第4页，此课件共41页哦柏拉柏拉图和欧几里德的和欧几里德的“触触须说”5第5页，此课件共41页哦格里格里马尔迪（迪（1618-1663）发光、光、颜色和彩虹的物理数学色和彩虹的物理数学光的衍射光的衍射6第6页，此课件共41页哦光的机械光的机械论认识微粒微粒说v法国法国 笛卡儿笛卡儿 1638年，提出一种无所不在的年，提出一种无所不在的“以太以太”假假说，拒，拒绝接受超距作用的解接受超距作用的解释，坚持持认为力只力只能通能通过物物质粒子和与之粒子和与之紧邻的粒子相接触来的粒子相接触来传播，播，把把热和光看成是以太中瞬和光看成是以太中瞬时传播的播的压力。力。屈光屈光学学中提出光的粒子假中提出光的粒子假说，并用以推出光的折，并用以推出光的折射定律。射定律。v斯涅耳斯涅耳（W.Snell,约1580-1626)、v费马（P.Fermat,1601-1665)v英国英国 牛牛顿,1704年，年，光学光学一一书出版。随着出版。随着天文学、力学和光学的出天文学、力学和光学的出现，物理学在十八世，物理学在十八世纪开始成开始成为科学科学.v牛牛顿则持光的微粒持光的微粒说，他，他认为波波动说的最大障碍是的最大障碍是不能解不能解释光的直光的直线进行。他提出行。他提出发光物体光物体发射出以射出以直直线运运动的微粒子、微粒子流冲的微粒子、微粒子流冲击视网膜就引起网膜就引起视觉。它也能解。它也能解释光的折射与反射，甚至光的折射与反射，甚至经过修改也修改也能解能解释F.M.格里格里马尔迪迪发现的的“衍射衍射”现象。象。7第7页，此课件共41页哦波波动说与微粒与微粒说的的竞争争v非牛非牛顿的的权威作用威作用过分夸大牛分夸大牛顿当当时的的权威作用威作用笛卡笛卡尔的以太漩的以太漩涡理理论并未受到并未受到这种种权威作用的威作用的影响影响牛牛顿对颜色的正确色的正确认识受到歌德和黑格受到歌德和黑格尔的反的反对8第8页，此课件共41页哦美学上的原因美学上的原因v波波动说认为光是光是纵波，无法解波，无法解释偏振偏振现象象缺乏足缺乏足够的数学的数学严密性密性v微粒微粒说解解释了反射、折射、偏振甚至干涉了反射、折射、偏振甚至干涉现象象法国牛法国牛顿学派建造了一个非常壮学派建造了一个非常壮丽的，充的，充满简单、对称、和称、和谐之美的理之美的理论体系体系9第9页，此课件共41页哦波波动说v胡克胡克是光的波是光的波动说支持者。支持者。1665年，胡克提出了光的波年，胡克提出了光的波动说，他，他认为光的光的传播与水波的播与水波的传播相似。播相似。1672年胡克年胡克进一步提出光波是一步提出光波是横波的概念。横波的概念。惠更斯惠更斯在在1690年出版的年出版的光光论一一书中正式提出了光的波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，他推倒出了光的上，他推倒出了光的反射和折射定律，反射和折射定律，圆满的解的解释了光速在光密介了光速在光密介质中减小的原因，中减小的原因，同同时还解解释了光了光进入冰洲石所入冰洲石所产生的双折射生的双折射现象，象，认为这是由是由于冰洲石分子微粒于冰洲石分子微粒为椭圆形所致。后来，菲涅耳形所致。后来，菲涅耳对惠更斯的光惠更斯的光学理学理论作了作了发展和展和补充，充，创立了立了“惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理”，才，才较好地解好地解释了衍射了衍射现象，完成了光的波象，完成了光的波动说的全部理的全部理论。杨氏氏（T.Young 1773-1829)杨氏干涉氏干涉实验为波波动光学的复光学的复兴作出了开作出了开创性的工作。用干涉原理解性的工作。用干涉原理解释牛牛顿环的成因和薄膜的彩色，并第一个的成因和薄膜的彩色，并第一个近似地近似地测定了七种定了七种颜色的光的波色的光的波长，从而完全确，从而完全确认了光的周期性，了光的周期性，为光的波光的波动理理论找到了又一个找到了又一个强有力的有力的证据。据。菲涅耳菲涅耳(17881827)；菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理为基基础，用新的定量形式建立了以他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的姓氏命名的惠更斯菲涅耳原理。解原理。解释了衍射了衍射现象，完成了光的波象，完成了光的波动说的全部理的全部理论10第10页，此课件共41页哦英国史前巨石英国史前巨石阵上空出上空出现日食日食二、二、自然界中的光学自然界中的光学现象象11第11页，此课件共41页哦乌拉圭首都蒙得拉圭首都蒙得维的的亚的的海洋博物海洋博物馆上空出上空出现的的月月蚀12第12页，此课件共41页哦日本富士山日本富士山(2002年年11月月19日日狮子座流星雨子座流星雨)13第13页，此课件共41页哦各各天文台天文台观察察星辰星辰14第14页，此课件共41页哦雨后的彩虹雨后的彩虹唐初孔唐初孔唐初孔唐初孔颖颖达（达（达（达（574-648574-648）“若云薄漏日，日照雨滴若云薄漏日，日照雨滴若云薄漏日，日照雨滴若云薄漏日，日照雨滴则则虹生。虹生。虹生。虹生。”15第15页，此课件共41页哦唐初孔颖达（唐初孔颖达（唐初孔颖达（唐初孔颖达（574-648574-648）“若云薄漏日，日照雨滴则虹生。若云薄漏日，日照雨滴则虹生。若云薄漏日，日照雨滴则虹生。若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”16第16页，此课件共41页哦湖湖边的彩霞的彩霞17第17页，此课件共41页哦北极极光北极极光18第18页，此课件共41页哦19第19页，此课件共41页哦 在瑞典、挪威、前在瑞典、挪威、前苏联和加拿大北部，和加拿大北部，一年可以看到一年可以看到100100次左右的极光，出次左右的极光，出现的的时间大多在大多在春季和秋季。在加拿大北部的赫德森湾地区，每年春季和秋季。在加拿大北部的赫德森湾地区，每年见到的极光多达到的极光多达240240次左右。次左右。我国最北部我国最北部的黑的黑龙江省漠河地区江省漠河地区，人，人们常常可以看到五彩斑常常可以看到五彩斑斓北极光。北极光。【极 光】极光是一种大气光学极光是一种大气光学现象。当太阳黑子、耀斑活象。当太阳黑子、耀斑活动剧烈烈时，太阳，太阳发出大量出大量强烈的烈的带电粒子流，沿着地磁粒子流，沿着地磁场的磁力的磁力线向南北两极移向南北两极移动，它以极快的速度，它以极快的速度进入地球大气的上入地球大气的上层，其能量相当于几万或几十万其能量相当于几万或几十万颗氢弹爆炸的威力爆炸的威力。由于。由于带电粒子速度很快，碰撞空气中粒子速度很快，碰撞空气中的原子的原子时，原子外，原子外层的的电子便子便获得能量。当得能量。当这些些电子子获得的能量得的能量释放出来，便会放出来，便会辐射出一种可射出一种可见的光束，的光束，这种迷人的色彩就是极光。种迷人的色彩就是极光。地球的两极有两个大磁地球的两极有两个大磁场，带电粒子流受地球磁粒子流受地球磁场的影响，的影响，飞行路行路线就要向两就要向两极偏极偏转，两极地区形成的粒子流，两极地区形成的粒子流较中中纬度更多，在高度更多，在高纬度地区人度地区人们能能观察到极光的察到极光的机会更多些。机会更多些。出出现在北极的叫北极光，出在北极的叫北极光，出现在南极的叫南极光。在南极的叫南极光。极光通常有极光通常有带状、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、氧、氮、氦、氖、氩等气体，在等气体，在带电粒子流的作用下，各种不同气体便粒子流的作用下，各种不同气体便发出不同的光。比如出不同的光。比如氖气气发出出红光，光，氩气气发出出蓝光，光，因此极光的因此极光的颜色也是丰富多彩、色也是丰富多彩、变幻无幻无穷的。极光往往突然出的。极光往往突然出现，连续一一段段时间以后又突然消失。以后又突然消失。20第20页，此课件共41页哦甘甘肃敦煌（左）和娥眉山（右）的敦煌（左）和娥眉山（右）的佛光佛光21第21页，此课件共41页哦【佛光】科学上科学上讲佛光是日光在佛光是日光在传播播过程中，程中，经过障碍物的障碍物的边缘或空或空隙隙间产生的衍射生的衍射现象，即衍射作用而形成的。当云象，即衍射作用而形成的。当云层较厚厚时，日，日光在射透云光在射透云层后，会受到云后，会受到云层深深处的水滴或冰晶的反射的水滴或冰晶的反射。这种反种反射在穿射在穿过云云雾表面表面时，在微小的水滴，在微小的水滴边缘产生的衍射生的衍射现象，有象，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，而与各色光的波比，而与各色光的波长成正比。于是，不同的成正比。于是，不同的单色光就逐色光就逐渐扩散开来，在人散开来，在人们的眼前，出的眼前，出现一个彩色的光一个彩色的光环。佛家佛家认为，要与佛有，要与佛有缘的人，才能看到此光，因的人，才能看到此光，因为佛光是从佛光是从佛的眉宇佛的眉宇间放射出的救世之光，吉祥之光。放射出的救世之光，吉祥之光。22第22页，此课件共41页哦郑州出州出现大型的大型的海市蜃楼海市蜃楼23第23页，此课件共41页哦深圳弯出深圳弯出现海市蜃楼海市蜃楼24第24页，此课件共41页哦在在炎炎热的夏季或沙漠地区，的夏季或沙漠地区，当近地面的空气受到当近地面的空气受到太阳的猛烈照射太阳的猛烈照射时，温度升得很高，空气密度，温度升得很高，空气密度变小小了，而上了，而上层的空气仍然比的空气仍然比较冷，空气密度也大，冷，空气密度也大，这样由由远方物体各点所投射的光方物体各点所投射的光线在穿在穿过不同密度的不同密度的空气空气层时，就要向，就要向远离法离法线的方向折射。的方向折射。当光当光线快快射到地球表面射到地球表面时，就会，就会发生全反射，于是生全反射，于是远处物体物体上下各点所投射的光上下各点所投射的光线就沿下凹的路径到达就沿下凹的路径到达观察者察者眼中，出眼中，出现“海市蜃楼海市蜃楼”。而在地面而在地面逆温逆温较强的地区，尤其是在的地区，尤其是在冷海面或极地冰雪覆盖冷海面或极地冰雪覆盖的地区的地区，由于底，由于底层空气密度很大，而上空气密度很大，而上层空气密度很小，空气密度很小，这种上疏下密的空气就能使物体投射的光种上疏下密的空气就能使物体投射的光线经过它它产生折射和生折射和全反射全反射现象，象，以致出以致出现“海市蜃楼海市蜃楼”的景象。的景象。【海市蜃楼】25第25页，此课件共41页哦光源光源：能：能够自行自行发光的物体光的物体如：太阳，恒星，如：太阳，恒星，萤火虫等火虫等点燃的蜡点燃的蜡烛，人造光源的人造光源的发展史：展史：篝火、火把篝火、火把（原始人原始人）发光的光的电灯等灯等自然光源自然光源人造光源人造光源油灯油灯（战国国时代）代）蜡蜡烛白白炽电灯、日光灯灯、日光灯 钠灯、汞灯灯、汞灯三、光源三、光源26第26页，此课件共41页哦礼礼记“左佩金燧左佩金燧”、“右佩木燧右佩木燧”玉篇玉篇“燧，以取火于日燧，以取火于日”27第27页，此课件共41页哦四、光是如何四、光是如何传播的？播的？结论：光在同一种均匀介：光在同一种均匀介质中是沿直中是沿直线传播的播的。4.1光的直光的直线传播播28第28页，此课件共41页哦（1 1）影子的形成影子的形成：4.2光的直光的直线传播播现象象 光在光在传播播过程中，程中，遇到不透明的物体，在物体后遇到不透明的物体，在物体后面便面便产生影。生影。29第29页，此课件共41页哦（1 1）影子的形成）影子的形成4.2光的直光的直线传播播现象象30第30页，此课件共41页哦（2）日食）日食太阳太阳地球地球太阳太阳月球月球地球地球（3）月食）月食月球月球31第31页，此课件共41页哦（4）小孔成像）小孔成像32第32页，此课件共41页哦4.3光的反射和折射光的反射和折射v光在空气中光在空气中传播播morev光在水中光在水中传播播v光在玻璃中光在玻璃中传播播v生活中生活中还有哪些例子可以有哪些例子可以证明光是直明光是直线传播播的呢？或者自己的呢？或者自己设计实验证明！明！在在在在同一种均匀物同一种均匀物同一种均匀物同一种均匀物质质中是中是中是中是沿直沿直沿直沿直线传线传播的播的播的播的那不同的物那不同的物质呢？呢？33第33页，此课件共41页哦返回34第34页，此课件共41页哦棱镜色散35第35页，此课件共41页哦光的反射光的反射应用用36第36页，此课件共41页哦怎怎样观察物与像的上下左右关系察物与像的上下左右关系？37第37页，此课件共41页哦思考题思考题人靠近镜面时像变大，人人靠近镜面时像变大，人远离镜面时像变小，这种远离镜面时像变小，这种说法有道理吗？说法有道理吗？38第38页，此课件共41页哦平面镜给人带来不利的例子平面镜给人带来不利的例子 1 1、夜间行车时车厢内为什么不能开灯？、夜间行车时车厢内为什么不能开灯？3 3、高大建筑物的金属幕墙、玻璃幕墙都、高大建筑物的金属幕墙、玻璃幕墙都会造成会造成光污染光污染。2、汽车驾驶室前的挡风玻璃为什么大多是、汽车驾驶室前的挡风玻璃为什么大多是斜斜放放的？的？因因为车内开着灯，司机前面的玻璃窗会像平面内开着灯，司机前面的玻璃窗会像平面镜，车内内景物在景物在挡风玻璃上就会成像，玻璃上就会成像，驾驶员就看不清前面的道就看不清前面的道路，干路，干扰了了驾驶员的的视线。尽可能避免因平面尽可能避免因平面镜成像干成像干扰驾驶员的的视线39第39页，此课件共41页哦文学文学艺术中的中的镜像像对称称40第40页，此课件共41页哦练习：2、排、排纵队时，如果看到自己前面的一位同学，如果看到自己前面的一位同学挡住住了前面所有的人，了前面所有的人，队就排直了，就排直了，这可以用可以用 来解来解释。光沿直光沿直线传播播1、下列物体中是光源的是（、下列物体中是光源的是（）A、月亮、月亮 B、萤火虫火虫 C、夜晚的星星、夜晚的星星 D、太阳照射下、太阳照射下闪闪发亮的抛光金属亮的抛光金属 E、镜子子B3、人沿着街道走向街灯，再从街灯下走、人沿着街道走向街灯，再从街灯下走远，则他的影子他的影子长短短变化是（化是（）A、变长 B、先、先变长再再变短短C、变短短 D、先、先变短再短再变长D41第41页，此课件共41页哦