物理光学绪论省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件.pptx

主讲教师：颜黄苹绪言光学是一门有悠久历史学科，它发展史可追溯到多年前
人类对光研究，最初主要是试图回答“人怎么能看见周围物体？”之类问题。约在公元前400多年(先秦时代)，中国《墨经》中统计了世界上最早光学知识。它有八条关于光学记载，叙述影定义和生成，光直线传输性和针孔成像，而且以严谨文字讨论了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像关系。
自《墨经)开始，公元11世纪阿拉伯人伊本·海赛木创造透镜；公元1590年到17世纪初，詹森和李普希同时独立地创造显微镜；一直到17世纪上半叶，才由斯涅耳和笛卡儿将光反射和折射观察结果，归结为今天大家所惯用反射定律和折射定律。
1665年，牛顿进行太阳光试验，它把太阳光分解成简单组成部分，这些成份形成一个颜色按一定次序排列光分布——光谱。它使人们第一次接触到光客观和定量特征，各单色光在空间上分离是由光本性决定。
牛顿还发觉了把曲率半径很大凸透镜放在光学平玻璃板上，当用白光照射时，则见透镜与玻璃平板接触处出现一组彩色同心环状条纹；当用某一单色光照射时，则出现一组明暗相间同心环条纹，后人把这种现象称牛顿环。借助这种现象能够用第一暗环空气隙厚度来定量地表征对应单色光。
胡克（Hooke）第一个提出光波动理论，主张光由快振动所组成，有非常大传输速度。波动理论在光直进和偏振方面碰到困难。
牛顿致力于发展光微粒理论。他依据光直线传输性，认为光是一个微粒流。微粒从光源飞出来，在均匀媒质内遵从力学定律作等速直线运动。牛顿用这种观点对光直进、折射和反射现象作了解释。在解释牛顿环现象时，微粒说碰到困难。惠更斯是光微粒说反对者，他改进和补充了光波动说，提出“光同声一样，是以球形波面传输”，而且指出光振动所到达每一点，都可视为次波振动中心、次波包络面为传输波波阵面(波前)。在整个18世纪中，光微粒流理论和光波动理论都被粗略地提了出来，但都不很完整。
19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。菲涅耳于1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们所熟知惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光干涉和衍射现象，也能解释光直线传输。以后几十年，是弹性以太理论发展时期。
在深入研究中，观察到了光偏振和偏振光干涉。为了解释这些现象，菲涅耳假定光是一个在连续媒质(以太)中传输横波。为说明光在各不一样媒质中不一样速度，又必须假定以太特征在不一样物质中是不一样；在各向异性媒质中还需要有更复杂假设。另外，还必须给以太以更特殊性质才能解释光不是纵波。
1846年，法拉第发觉了光振动面在磁场中发生旋转；1856年，韦伯发觉光在真空中速度等于电流强度电磁单位与静电单位比值。他们发觉表明光学现象与磁学、电学现象间有一定内在关系。介质折射率随光波频率或真空中波长而变现象。
当复色光在介质界面上折射时，介质对不一样波长光有不一样折射率，各色光因折射角不一样而彼此分离。1860年前后，麦克斯韦指出，电场和磁场改变，不能局限于空间某一部分，而是以等于电流电磁单位与静电单位比值速度传输着，光就是这么一个电磁现象。这个结论在1888年为赫兹试验证实。
然而，这么理论还不能说明能产生象光这么高频率电振子性质，也不能解释光色散现象。到了1896年洛伦兹创建电子论，才解释了发光和物质吸收光现象，也解释了光在物质中传输各种特点，包含对色散现象解释。在洛伦兹理论中，以太乃是广袤无限不动媒质，其唯一特点是，在这种媒质中光振动含有一定传输速度。对于像炽热黑体辐射中能量按波长分布这么主要问题，洛伦兹理论还不能给出令人满意解释。而且，假如认为洛伦兹关于以太概念是正确话，则可将不动以太选作参考系，使人们能区分出绝对运动。而实际上，1887年迈克耳逊用干涉仪测“以太风”，得到否定结果，这表明到了洛伦兹电子论时期，人们对光本性认识依然有不少片面性。
1900年，普朗克从物质分子结构理论中借用不连续性概念，提出了辐射量子论。他认为各种频率电磁波，包含光，只能以各自确定分量能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光量子称为光子。
量子论不但很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布规律，而且以全新方式提出了光与物质相互作用整个问题。量子论不但给光学，也给整个物理学提供了新概念，所以通常把它诞生视为近代物理学起点。
1905年，爱因斯坦利用量子论解释了光电效应。他给光子作了十分明确表示，尤其指出光与物质相互作用时，光也是以光子为最小单位进行。
1905年9月，德国《物理年鉴》发表了爱因斯坦“关于运动媒质电动力学”一文。第一次提出了狭义相对论基本原理，文中指出，从伽利略和牛顿时代以来占统治地位古典物理学，其应用范围只限于速度远远小于光速情况，而他新理论可解释与很大运动速度相关过程特征，根本放弃了以太概念，圆满地解释了运动物体光学现象。
这