07-经典光学的建立.ppt

经典光学的建立和发展 几何光学的建立和发展 光的本性的研究 光速的测定 光谱的研究 1．眼镜的制造 1299年由意大利人阿玛蒂发明并制造了眼镜。 2．荷兰望远镜 1608年，荷兰人利帕希制成第一台望远镜：用一个凸透镜作为物镜，用一个凹透镜作为目镜组合而成。现在仍把这种组合称为荷兰望远镜或伽利略望远镜。 3．伽利略的改进 伽利略知道后很快改进成放大32倍，随后又制成放大1000倍的望远镜，并用它对天体进行了观察。 4．开普勒望远镜 1611年开普勒出版了《屈光学》，解释了荷兰望远镜和显微镜所涉及到的光学原理。并设计了一种用两个凸透镜构成的天文望远镜，即开普勒望远镜。因为它视野宽，且能把一个遥远的物体的像与放在两个透镜共同焦点处的一个小物体相比较。这种比较导致了后来测微计的发明。第一台开普勒望远镜由天文学家沙伊纳于1613～1617年制造。 这种望远镜很快就取代了荷兰望远镜。 1665年，荷兰的惠更斯做了一台筒长6m的望远镜，用来观察土星的光环。 5. 反射式望远镜 1668年，牛顿设计并制造了第一架小型反射式望远镜，全长15厘米，口径2.5厘米。1671年又制造了第二架较大的反射式望远镜献给了英国皇家学会，现仍保存在英国皇家学会图书馆。 6．显微镜 几乎与望远镜同时，荷兰人发明制造了显微镜，由眼镜制造师詹森(Janssen)发明：由两个凸透镜组合而成。后来，意大利的冯特纳(Fontana)第一个用凹透镜代替了凸透镜目镜。 7. 胡克的显微镜 1665年，胡克出版《显微图象》，并制造一个带聚光镜的显微镜：用两个平凸透镜分别作物镜和目镜，用一球形聚光器来照亮待观察的物体。 1670年左右，荷兰的列文?虎克只做了放大倍数约为300倍的显微镜。是第一个应用显微镜进行科学研究的人，微生物开拓者。 * 一. 几何光学的建立和发展 (一) 折射定律的建立 光学是物理学众多学科中最古老的学科之一。在古代，人们除了认识到光的直线传播、反射定律和不完全的折射定律外，对光学知识再无深入的认识。近代光学史是从十七世纪初开普勒的光学研究开始的，以望远镜和显微镜的发明为转折而发展起来的。 光学真正形成一门科学，应该从建立反射定律和折射定律的时代算起，这两个定律奠定了几何光学的基础。17世纪，望远镜和显微镜的应用大大促进了几何光学的发展。 公元2世纪，古罗马学者托勒密曾精确地测量过入射角和折射角的数值关系，得出折射角正比于入射角的结论。现在看来，这个结论对入射角比较小的情况下是成立的，对大的入射角就不适用了。因此还不能说托勒玫发现了折射定律。 1611年，开普勒发表了几何光学的经典著作《折射光学》。在此书中，他认为入射角小的时候，折射角跟入射角成正比关系，他利用这种关系论述了透镜成像的现象。该书中还记载了测量入射和折射角的方法。 托勒密的实验 精确折射定律的最早发现者——斯涅耳（Willebrord Snell Van Roijen 1580-1626），荷兰莱顿人，数学家和物理学家，曾在莱顿大学担任过数学教授。斯涅尔最早发现了光的折射定律，从而使几何光学的精确计算成为了可能。 大约是在1621年，斯涅耳通过实验确立了开普勒想发现而没有能够发现的折射定律。 斯涅耳应用开普勒的方法发现：从空气到水里并落在容器垂直面上的一条光线在水中所走的长度，同该光线如按未偏离其原始方向而本来会通过的路程成一定的比。他指出：折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，入射光线和折射光线分别位于法线两侧，入射角和折射角的余割的比值对于一定的两种媒质来说是一个常数。由于余割和正弦成反比，斯涅耳的表述等价于现代的表述。 首次把折射定律表述为今天的这种形式的是笛卡儿，从理论上推导出这个定律的。并在他《屈光学》(1637年)中论述了这个问题。 折射定律是几何学的最重要基本定律之一。斯涅耳的发现为几何光学的发展奠定了理论基础，把光学发展大大的推进了一步。 笛卡儿假定： 1) 光速在较密的介质中较大（现在知道，这是错误的）； 2) 在相同的介质里这些速度对于各种入射角都有相同的比率； 3) 在折射时，平行于折射面的速度分量保持不变（现在知道，这是错误的）。 数学家费玛不同意笛卡儿关于光速在光密介质中较大的假定，认为“光以最短的时间从一种介质的某一点传播到另一种介质的某一点，而且在较密的介质中光速较小。”并从假定推导出光的反射定律和折射定律。 1744 年，莫泊丢从“最小作用原理”出发，假定光速与折射率成比例，也导出了折射定律。综上所述，到17 世纪中叶，几何光学的基础已经奠定。 (二) 光学仪器的发明 二. 光的本性的研