光学发展简史优秀PPT.ppt

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1、光学发展简史光学发展简史第1页，本讲稿共16页1、光学 光学是一门研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。第2页，本讲稿共16页2、光学发展简史光学发展简史光光光光学学学学181720192116世纪轴世纪轴远古萌芽萌芽几何光学几何光学现代光学现代光学过渡时期：过渡时期：直线传播占主导，波直线传播占主导，波动理论逐惭形成动理论逐惭形成量子光学量子光学波动光学波动光学第3页，本讲稿共16页 A A、墨翟：、墨翟：在他和其弟子所著的在他和其弟子所著的 墨经墨经中，对光现象有八条定性中，对光现象有八条定性记载记载对简单光现象进行了记载并做了不系统的研究，制造了简单的光学仪器对简

2、单光现象进行了记载并做了不系统的研究，制造了简单的光学仪器（如平面镜、凸面镜、凹面镜（如平面镜、凸面镜、凹面镜)。正确反映了光的正确反映了光的直线传播直线传播规律规律错误：人眼能发出错误：人眼能发出光线光线B B、欧几里德：、欧几里德：在其著作在其著作 光学光学一书中提出一书中提出 触须触须学说：学说：代表人物和成就：代表人物和成就：代表人物和成就：代表人物和成就：、萌芽时期墨翟（公元前468376年）欧几里德（古希腊，公元前330275年）第4页，本讲稿共16页 墨经中提出了视觉的3个条件：一是人自身的视觉功能(墨经称“明”)；二是视觉对象(墨经称“物”)；三是光(墨经称“火”)。进而正确地

3、指出：人因为眼睛看见物体(“以目见”），而眼睛则依靠光见物体(“目以火见”)。这说明眼睛本身只是光的接受器官，只有当光被物体反射到人的眼睛里后，人才可以看到物体，这是对视觉最早的科学解释。而古代西方的一些学者却认为人的眼睛会发射某种东西接触到物体而引起视觉。墨经墨经对视觉的认识对视觉的认识第5页，本讲稿共16页景，光至，景亡；若在，尽古息。景，光至，景亡；若在，尽古息。景二：光夹。一光，一。光者（赌）景也。景二：光夹。一光，一。光者（赌）景也。景，日之光反烛人，则景在日与人之间。景，日之光反烛人，则景在日与人之间。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。景，光之人煦

4、若射。下者之人也高，高者之人也下。足敝下光，故景障内也。景，木柂，景短大。木正，景长小。大小于木，则景大于木。非独小也，远近。景，木柂，景短大。木正，景长小。大小于木，则景大于木。非独小也，远近。临，正鉴，景寡、貌能、白黑，远近柂正，异于光。鉴、景当俱就，远近去尒当俱，俱用临，正鉴，景寡、貌能、白黑，远近柂正，异于光。鉴、景当俱就，远近去尒当俱，俱用北。鉴者之臭无数，而必过正。故同体处其体俱，然鉴分。北。鉴者之臭无数，而必过正。故同体处其体俱，然鉴分。鉴，中之内，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小。而必正，鉴，中之内，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小。而必正，

5、起于中，缘正而长其直也。中之外，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦起于中，缘正而长其直也。中之外，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小。而必易，合于中，而长其直也。小。而必易，合于中，而长其直也。鉴，鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小。而必正。景过正，故招。鉴，鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小。而必正。景过正，故招。墨经墨经光学八条光学八条第6页，本讲稿共16页第一条，叙述了影的定义与生成；第二条，说明光与影的关系；第三条，畅言光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的大小；第六、七、八条，

6、分别叙述了平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在光学中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识从人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。墨经墨经光学八条光学八条第7页，本讲稿共16页中国古代的自然哲学和以原理、定律表现出来的理论性的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，自然知识是较薄弱的，特别是比古希腊和特别是比古希腊和15世纪之后的欧洲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

7、、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用性的，英国科学史家李约瑟在他所著的中国科学技术史中国科学技术史的序言中曾公正的评价说：的序言中曾公正的评价说：“中国的这些科学和发现往往远中国的这些科学和发现往往远远超过同时代的欧洲，特别是远超过同时代的欧洲，特别是15世纪之前更是如此世纪之前更是如此”。不过中。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

8、科学表达。严谨的实验证明、理论说明和科学表达。中国古代的实用科中国古代的实用科学多为经验性的描述。学多为经验性的描述。第8页，本讲稿共16页、几何光学时期 几何光学时期是光学发展的转折点，系统研究了光现象和光学仪器，建立了直线传播定律、反几何光学时期是光学发展的转折点，系统研究了光现象和光学仪器，建立了直线传播定律、反射定律、折射定律；提出了费马原理、光程、光强、颜色等概念，并观察了棱镜光谱等较复杂的光射定律、折射定律；提出了费马原理、光程、光强、颜色等概念，并观察了棱镜光谱等较复杂的光现象，建立、巩固和发展了牛顿微粒学说。同时，波动理论开始盟芽。现象，建立、巩固和发展了牛顿微粒学说。同时，波

9、动理论开始盟芽。代表人物和成就：代表人物和成就：代表人物和成就：代表人物和成就：A、费马（法，、费马（法，16011665）：提出了几何光学的基本原）：提出了几何光学的基本原理理费马原理，由它可导出直线传播定费马原理，由它可导出直线传播定 律、反射定律、折射律、反射定律、折射定律和面镜、透镜成象规律。定律和面镜、透镜成象规律。B、牛顿（英，、牛顿（英，16431727）：建立了光是微粒流的微粒学说，进行）：建立了光是微粒流的微粒学说，进行了白光通过棱镜的实了白光通过棱镜的实 验，提出了光谱、光强、颜色等概念，观察并验，提出了光谱、光强、颜色等概念，观察并研究了牛顿环。研究了牛顿环。C、李普塞：

10、、李普塞：1608，发明并制造了世界上第一台发明并制造了世界上第一台望远镜望远镜望远镜望远镜。D、冯特纳：发明并制造了世界上第一台、冯特纳：发明并制造了世界上第一台显微镜显微镜显微镜显微镜。粒子：Paticle波：wave正业是律师、宫庭顾问，主要贡献领域有：解析几何、微积正业是律师、宫庭顾问，主要贡献领域有：解析几何、微积分、机率论、光学以及数论。尊称他为业余数学家之王分、机率论、光学以及数论。尊称他为业余数学家之王第9页，本讲稿共16页、波动光学时期建立了光的波动理论，建立了光的波动理论，园满解释了光的干涉、衍射和偏振现象；通过迈克尔逊干涉仪否定了园满解释了光的干涉、衍射和偏振现象；通过迈

11、克尔逊干涉仪否定了“以太以太”的存在；提出并证实了光的本质就是电磁波的存在；提出并证实了光的本质就是电磁波C、菲涅耳（法，17881827）：利用杨氏干涉原理补充惠更斯原理而提出了惠更斯-菲涅耳原理，园满解释了光的直线传播定律和衍射现象。建立了菲涅耳公式。在牛顿物理学中打开了第一个缺口，为此，他被人们称为在牛顿物理学中打开了第一个缺口，为此，他被人们称为“物理光学的缔造者物理光学的缔造者”。D、马吕斯（法，17751812）：发现了光的偏振现象，建立了马吕斯定律，研究了偏振光的干涉。代表人物和成就代表人物和成就代表人物和成就代表人物和成就：B、杨氏（英，17731829）：最先利用干涉原理解释

12、了白光下的薄膜颜色，设计并完成了著名的杨氏双缝干涉实验，并第一次成功地测定了光的波长。提出了光是横波的假设。主要贡献：杨氏双缝实验，杨氏模量，视觉和颜色，医学，语言学，埃及象形字主要贡献：杨氏双缝实验，杨氏模量，视觉和颜色，医学，语言学，埃及象形字A、惠更斯（荷兰，16291695）：光的波动理论的创始人，提出了“光是以太中传播的波动”理论和次波假设（惠更斯原理）。并园满解释了反射、折射定律和双折射现象。E、麦克斯韦（英，18311879），赫兹(德，18571894)第10页，本讲稿共16页黑体辐射问题：黑体辐射问题：普朗克普朗克(德德,1858,18581947)1947)解释光电效应：解

13、释光电效应：爱因斯坦爱因斯坦(美美,1879,18791955)1955)德布罗意（法，德布罗意（法，18921989）提出物质波假说，戴）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维孙与革末的电子衍射实验证实电子具有波动性实物粒子与光一样实物粒子与光一样具有波具有波（Wave）、粒）、粒（Particle）二象性二象性X X射线散射实验：射线散射实验：康普顿康普顿(美美,18921962)发现经典电磁理论在研究光与物质的相互作用时的缺点，发现经典电磁理论在研究光与物质的相互作用时的缺点，建立了光的量子理论，建立了光的量子理论，园满解释了黑体辐射、光电园满解释了黑体辐射、光电

14、效应和效应和康普顿效应康普顿效应现象；提出了光的波粒二象性。现象；提出了光的波粒二象性。、量子光学时期第11页，本讲稿共16页、现代光学时期自自19601960年梅曼（美，年梅曼（美，1927192720072007）制成第一台红宝石激光器，光学进入了新的发展阶段，）制成第一台红宝石激光器，光学进入了新的发展阶段，激光物理、激光技术、全息摄影术、光纤的应用、光脑的设想、红外波段的应用，非线激光物理、激光技术、全息摄影术、光纤的应用、光脑的设想、红外波段的应用，非线性光学等，派生了许多崭新的分支学科。性光学等，派生了许多崭新的分支学科。第12页，本讲稿共16页研研 究究 尺尺 度度380nm760nm以光本质上是一种波长较短的电磁波为基础,采用简谐振动中的正弦(或余弦)规律来描述,研究光的波动性以光线的概念为基本观点,采用几何方法来研究,只研究光传播的几何规律以光本质上是一份一份的能量子光子为基础,采用波函数描述第13页，本讲稿共16页力学力学电磁学电磁学热力学热力学光学光学机械工程机械工程电气工程电气工程动力工程动力工程光学工程光学工程第14页，本讲稿共16页第15页，本讲稿共16页1851年,法1961年,德1590年,意19091917年,美1665年,英1801年,英17971798年,英古希腊1604年,意1912年,英第16页，本讲稿共16页