物理学史光的色散.pptVIP

*光学的起源也和力学、热学一样，可以追溯到二、三千年前。1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。光的本性也是光学研究的重要课题。微粒说把光看成是由微粒组成，认为这些微粒按力学规律沿直线飞行，因此光具有直线传播的性质。19世纪以前，微粒说比较盛行。但是，随着光学研究的深入，人们发现了许多不能用直进性解释的现象，例如干涉、衍射等，用光的波动性就很容易解释，于是光的波动说又占了上风。两种学说的争论构成了光学发展史中的一根红线。2中国早期对色散的理解中国古代对光的色散现象的认识最早起源于对自然色散现象——虹的认识。01我国的《墨经》就记载了许多光学现象，例如投影、小孔成像、平面镜、凸面镜、凹面镜等等。02而早在殷代甲骨文里就有了关于虹的记载．当时把“虹”字写成“绛”。03战国时期《楚辞》中有把虹的颜色分为“五色”的记载．

东汉蔡邕（132~192年）在《月令章句》中对虹的形成条件和所在方位作了描述．

唐初孔颖达（574~648年）在《礼记注疏》中粗略地揭示出虹的光学成因：“若云薄漏日，日照雨滴则生虹”说明虹是太阳光照射雨滴所产生的一种自然现象．公元八世纪中叶，张志和（744~773年）在《玄真子·涛之灵》中第一次用实验方法研究了虹，而且是第一次有意识地进行的白光色散实验：“背日喷呼水成虹霓之状，而不可直也，齐乎影也”．

南宋朝蔡卞进行了一个

模拟“日照雨滴”的实验，把

虹和日月晕现象联系起来，有

意说明虹的产生是一种色散过

程，并指出了虹和阳光位置之

间的关系．南宋程大昌（1123~1195年）在《演繁露》中记述了露滴分光的现象，并指出，日光通过一个液滴也能化为多种颜色，实际是色散，而这种颜色不是水珠本身所具有，而是日光的颜色所著，这就明确指出了日光中包含有数种颜色，经过水珠的作用而显现出来，可以说，他已接触到色散的本质了．在我国从晋代开始，许多典籍都记载了晶体的色散现象．如记载过孔雀毛及某种昆虫表皮在阳光下不断变色的现象，云母片向日举之可观察到各种颜色的光．

李时珍也曾指出较大的六棱形水晶和较小的水晶珠，都能形成色散．到了明末，方以智（1611~1671年）在所著《物理小识》中综合前人研究的成果，对色散现象作了极精彩的概括，他把带棱的自然晶体和人工烧制的三棱晶体将白光分成五色，与向日喷水而成的五色人造虹、日光照射飞泉产生的五色现象，以及虹霓之彩、日月之晕、五色之云等自然现象联系起来，认为“皆同此理”即都是白光的色散．1所有这些都表明中国明代以前对色散现象的本质已有了较全面的认识，但也反映中国古代物理学知识大都是零散、经验性的知识。2西方早期对色散的理解在光学发展的早期，对颜色的解释显得特别困难．在牛顿以前，欧洲人对颜色的认识流行着亚里士多德的观点．亚里士多德认为，颜色不是物体客观的性质，而是人们主观的感觉，一切颜色的形成都是光明与黑暗、白与黑按比例混合的结果．12德国有一位传教士叫西奥多里克，曾在实验中模仿天上的彩虹。他用阳光照射装满水的大玻璃球壳，观察到了和空中一样的彩虹，以此说明彩虹是由于空气中水珠反射和折射阳光造成的现象。不过，他的进一步解释没有摆脱亚里士多德的教义。1663年波义耳也曾研究了物体的颜色问题，他认为物体的颜色并不是属于物体的带实质性的性质，而是由于光线在被照射的物体表面上发生变异所引起的．能完全反射光线的物体呈白色，完全吸收光线的物体呈黑色．欧儿里得（Euclid，公元前约330—260）的《反射光学》（Catoptrica）研究了光的反射；

天文学家托勒密（约100～170），曾专门做过光的折射实验。他写有《光学》5卷，可惜原著早已失传。从残留下来的资料可知，在那部书中记有折射

实验和他得到的结果

：折射角与入射角成

正比。最早折射定律

的正确表述是荷兰的

斯涅耳（W.Snell，

1580—1626）在1621

年从实验得到的。但

是他没有发表结果。阿拉伯学者阿勒·哈增（Al-Hazen，965～1038）写过一部《光学全书》，讨论了许多光学现象。笛卡儿对彩虹现象也有兴趣，他用实验检验西奥多里克的论述。在他的《方法论》（1637年）中还有一篇附录，专门讨论彩虹，并且介绍了他自己做过的棱镜实验。他用三棱镜将阳光折射后投在屏上，发现彩色的产生并不是由于进入媒质深浅不同所造成。因为不论光照在棱镜的那一部位，折射后屏上的图象都是一样的。遗憾的是，笛卡儿的屏离棱镜太近（大概只有几厘米），他没有看到色散后的整个光谱，只注意到光带的两侧分别呈现蓝色和红色。1648年，布拉格的马尔西用三棱镜成功演示了光的色散，但遗憾的是解释错了。