经典光学的形成.ppt

第六章　经典光学的形成 第一节　几何光学的完善 一、早期的光学研究 　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》以8条文字连续记载了光学问题：影子生成的道理；光线与影子的关系；光线直线行进实验；光反射特性；从物体与光源相对地位关系确定影子的大小；平面镜反射现象；凹面镜反射现象；凸面镜反射现象。 墨家认为 ：“人以目见，而目以火见” 《墨经》在光学史上占有重要的地位,它是世界上最早的比较完整的几何光学著作。 　　 三、光学仪器的研制 1299年，发明了眼镜，意大利人阿玛蒂制造了眼镜。 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。 几乎与望远镜同时，荷兰人发现制造了显微镜。 四、牛顿对光的色散的研究 　1666-1704年间，牛顿用色散原理解释了天界神秘而瑰丽的彩虹。 第二节　光的波动说和微粒说的论争 一、光的微粒说 支持者有珈桑迪和牛顿 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。” 二、光的波动学说 1.代表人物:、笛卡儿、惠更斯、胡克 “光必然是一种振动。” 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。 三、光应具有波粒二相性: 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。 第三节　光谱的研究 一、巴尔末发现氢光谱规律 第四节　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。 第七章现代物理学的兴起 第一节　19/20世纪之交的三大发现 四、 发现电子的—J·J·汤姆逊 1907年，他是第一位获诺贝尔物理奖的美国科学家。 江山代有才人出，各领风骚数百年。　　　　　　　　　　　——赵翼（清） 到19世纪末，人们普遍认为物理学已到了十分完善的地步。物理学中一切最主要的规律都已找到，一切最基本的问题都已解决了，已经建立了完整的理论。 这完整的理论包括：以牛顿三定律和万有引力定律为基础的经典力学；以麦克斯韦方程组为基础的电磁场理论；热学方面有以热力学三定律为基础的宏观理论和以分子运动论及统计物理学所描述的微观理论，光是波长介于某一范围之内的电磁波。以上这些理论后来统称为经典物理学或物理学的经典理论。 一、经典物理学的危机 　　经典物理学经过三百多年的发展，到19世纪末已经有了完整的体系，在应用的推广上也硕果累累。 　　英国皇家学会主席、著名物理学家开尔文在1900年的新年献辞有这样一段:“19世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这所大厦。” 　　开尔文的话代表了不少物理学家的固步自封的思想。 　　接着他又说，在物理学晴朗的天空中还存在着两片小小的乌云，一片是以太理论的困难，另一片是能量均分定理的困难。 然而，正是在这个时候， 物理实验有了重大发现，打破了沉闷的空气，向物理学家的自满情绪提出挑战! 二、神秘之光——Ｘ射线 背景：早在1836年，法拉第就发现了稀薄气体的放电现象。但当时只能获得千分之几个大气压的真空度，因此不能对放电现象作出进一步的研究。后来由于灯泡工业的发展，发展了真空技术，于1856年，由德国工人盖斯勒创制了放电管，这些为研究真空放电现象提供了实验手段。　　 1859年德国物理学家盖吕克用用放电管做真空放电实验时，发现放电管两端加上高压时，阴极一端出现放射现象。英国物理学家克鲁克斯用他改进的放电管发现了阴极射线在磁场中偏转，从而推断阴极射线是带负电的粒子流。 1.妙手偶得 　　19世纪末，阴极射线的研究正方兴未艾，德国的维尔芝堡大学，治学严谨的伦琴（1845-1923）教授，也致力于这个问题的研究。 1895年，用阴极射线做实验时，发现一包被黑纸包得很严的照相底片全部被感光了。换了一包，几天后一查，又都感了光。他立刻想到，这个现象一定与实验室里增加的阴极射线管有关。 　　1895年11月8日晚，伦琴用黑的厚纸板把阴极射线管子包起来，意外的发现1米以外的荧光屏在闪光，而这绝不是阴极射线，因阴极射线穿不透玻璃，只能行进几厘米远。 伦琴断定这是一种新射线，一种从未曾记载过的东西。伦琴用它拍出了一张肉淡骨浓的手掌照片，他发现这种射线能够穿透厚纸板、木纸板这类薄而轻的物质，但不易穿透金属这类厚而重的物质。他很快意识到这种射线能穿透人的肌肉、骨骼的不同程度，具有巨大的医学价值。他无法命名这种性质未知的新射线，便用X来表示，称为“Ｘ”射线。 此后，于1896年1月，为了表彰伦琴的功绩，可里可尔教授建议将x射线命名为伦琴射