物理学史(光学).ppt

第四章光学的开展;第一节光学历史概述;第二节：折射定律的建立;根据屏高BE和两阴影的长度EH和EG，就可算出立方体的入射角和出射角之比。;第二个实验是：

用一个圆柱性玻璃，令光线沿S1和S2入射，通过圆柱中心的光线S1方向不变，和圆柱边沿相切的光线S2偏折最大，并发现最大偏折角约为420。;全反射的发现：

令AB为玻璃与空气的分界面，如图。光线从空气进入玻璃发生折射，由于最大偏折角为420，所以进入玻璃的光线将构成一个夹角为420×2=840的锥形MON。;2、斯涅耳(W.Snell,1591-1626)的工作：;3笛卡儿的工作：;4费马的工作：

1661年费马用最短时间原理推出了折射定律：;折射定律确实立是光学开展史中的一件大事。它的研究由于天文学的迫切要求而受到推动,因为天文观测总是会受大气折射的影响,后来又加上光学仪器制造的需要,所以到了17世纪,许多物理学家都致力于研究折射现象。一经建立起折射定律,几何光学理论很快得到了开展。;第三节牛顿研究光的色散;1、色散现象的早期研究;〔2〕笛卡儿用实验检验西奥多里克的论述。在《方法论》〔1637年〕的一篇附录中专门讨论了彩虹，并介绍了他所做的棱镜实验：他用棱镜将阳光投射到荧屏上，发现不管光照到棱镜的那一部位，折射后屏上的图象都是一样的。从而否认了光是由于受到不同阻滞而产生不同颜色的说法。由于笛卡儿的屏离棱镜太近〔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兰色和红色。;17世纪正当望远镜、显微镜问世，伽利略运用望远镜观察天体星辰，胡克用显微镜观察微小物体，激起了广阔科学界的兴趣。然而，当放大倍数增大时，这些仪器不可防止地都会出现象差和色差，使人们深感迷惑。人们不理解，为什么在图象的边缘总会出现颜色？这和彩虹有没有共同之处？这类现象有什么规律性？怎样才能消除？

这时，牛顿正在英国剑桥大学学习。他的老师中有一位数学教授名叫巴罗〔IsaacBarrow，1630—1677〕，对光学很有研究。牛顿听过他讲光学，还帮他编写《光学讲义》。牛顿很喜欢做光学实验，还亲自动手磨制透镜，想按???己的设计装配出没有色差的显微镜和望远镜。这个愿望鼓励他对光和颜色的本性进行深入的探讨。;2、牛顿对色散现象的思考;3、牛顿的色散实验;疑问：

色散是不是由于光和棱镜作用的结果？;实验二：;实验结果是：原来分散的各种颜色，经过第二个棱镜后又复原成白光，形状和原来一样。再经过第三个棱镜，又分解成各种颜色。由此证明，棱镜的作用是使白光分解为不同成分，又可使不同成分合成为白光。

牛顿这一科学论断和当时已流传上千年的观念是格格不入的。他预料会遭到科学界的反对，于是又做了一个很有说服力的实验。牛顿把这个实验称为“判决性实验”。;拿两块木板，一块DE放在窗口F紧贴棱镜ABC处，光从S平行进入F后经棱镜折射穿过小孔G，各种颜色以不同的角度射向另一块木板de。de离DE约4米远，板上也开有小孔g，在g后面也放有一块三棱镜abc，使穿过的光再折射后抵达墙壁MN。

使第一个棱镜ABC缓缓绕其轴旋转，这样第二块木版上不同颜色的光相继穿过小孔g到达三棱镜abc。;在色散实验的根底上，牛顿总结出了几条规律，即：;牛顿的这些结论相当全面，而且论据充分。但是当时人们难以接受，因为这涉及到中世纪以来关于光的本性的种种争论。牛顿对这个问题并没有作出判决，但是他的结论与光的本性密切相关。

牛顿关于光和颜色的理论对当时人们来说实在太新奇了，疑心和攻击不断对牛顿袭来。有人认为牛顿的光谱实验没有考虑到太阳本身的张角，有人主张光谱变长是一种衍射效应，还有人提出可能是天空中云彩的反映。胡克对牛顿挑剔得最厉害，他认为牛顿的实验不具判决性，用别的理论也可说明，而牛顿的理论无法解释薄膜的颜色。

为此，牛顿在几年后又做了一个实验。;牛顿又作如下实验：取一长而扁的三棱镜，使它产生的光谱相当狭窄。当屏放在位置1时，屏上显示仍为白光；当将屏倾斜到位置2时，就可看到分解的光谱。这一实验说明：光谱只涉及屏的角度，结果与棱镜无关。因而也就答复了疑心者提出的质疑。;牛顿的光学研究具有独特的风格,他在光学领域中的成就集中反映在1704年出版的《光学》一书中。该书的副标题是:《关于光的反射、折射、拐折和颜色的论文》。全书共分三编,棱镜光谱实验收集在第一编中。正像牛顿在该书开始所说的:“我的方案不是用假设来解释光的性质,而是用推理和实验来提出并证明这些性质。”在第一编中,牛顿共提出19个命题,33个实验