1、光學(xué)的發(fā)展史五個(gè)時(shí)期：1、萌芽時(shí)期：1600年以前2、幾何光學(xué)時(shí)期：1718世紀(jì)折射定律、色散、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、微粒說3、波動(dòng)光學(xué)時(shí)期：18001905年波動(dòng)說4、量子光學(xué)時(shí)期：19世紀(jì)末-20世紀(jì)中葉波粒二象性5、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期：20世紀(jì)50年代以來激光物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展光學(xué)的發(fā)展史五個(gè)時(shí)期：物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展第四章 經(jīng)典光學(xué)的建立 1.幾何光學(xué) 2.光的波動(dòng)說和微粒說 3.光速的測(cè)定 4.光譜的研究（略） 附：激光器的發(fā)明（略）與全息術(shù)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展第四章 經(jīng)典光學(xué)的建立 1.幾何光學(xué)物理學(xué)史第四章一.早期光學(xué)二.折射定律的建立三.光學(xué)儀器的研制四.牛頓對(duì)光

2、的色散的研究1.幾何光學(xué)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展一.早期光學(xué)1.幾何光學(xué)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展幾何光學(xué)的建立和發(fā)展光學(xué)是物理學(xué)眾多學(xué)科中最古老的學(xué)科之一。在古代，人們除了認(rèn)識(shí)到光的直線傳播、反射定律和不完全的折射定律外，對(duì)光學(xué)知識(shí)再?zèng)]有什么深入的認(rèn)識(shí)。近代光學(xué)史是從十七世紀(jì)初開普勒的光學(xué)研究開始的，以望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的發(fā)明為轉(zhuǎn)折而發(fā)展起來。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展幾何光學(xué)的建立和發(fā)展光學(xué)是物理學(xué)眾多學(xué)科中最古老的學(xué)科之一。一.早期光學(xué)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展一.早期光學(xué)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展歐幾里得光的反射物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展歐幾里得光的反射物理學(xué)史第四章光學(xué)建立

3、與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展阿勒.哈增光的折射物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展阿勒.哈增光的折射物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展西奧多里克彩虹現(xiàn)象物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展西奧多里克彩虹現(xiàn)象物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展達(dá)芬奇針孔照相機(jī)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展達(dá)芬奇針孔照相機(jī)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展光學(xué)真正形成一門科學(xué)，應(yīng)該從建立反射定律和折射定律的時(shí)代算起，這兩個(gè)定律奠定了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。17

4、世紀(jì)，望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的應(yīng)用大大促進(jìn)了幾何光學(xué)的發(fā)展。二 折射定律的建立物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展光學(xué)真正形成一門科學(xué)，應(yīng)該從建立反射定律和折射定律的時(shí)代算起1 開普勒的工作：1611年寫了折光學(xué)，記載了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是比較入射角和折射角：如圖，日光LMN斜射到器壁DBC上，BC邊沿的影子投射到底座于HK；另一部分從DB射進(jìn)一玻璃立方體ADBEF內(nèi)，陰影的邊沿形成于IG。 根據(jù)屏高BE和兩陰影的長(zhǎng)度EH和EG，就可算出立方體的入射角和出射角之比。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展1 開普勒的工作：1611年寫了折光學(xué)，記載了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是：用一個(gè)圓柱性玻璃，令光線沿S1和S2入射，通過

5、圓柱中心的光線S1方向不變，和圓柱邊沿相切的光線S2偏折最大，并發(fā)現(xiàn)最大偏折角約為420。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是：用一個(gè)圓柱性玻璃，令光線沿S1和S2入射，通過 全反射的發(fā)現(xiàn)： 令A(yù)B為玻璃與空氣的分界面，如圖。光線從空氣進(jìn)入玻璃發(fā)生折射，由于最大偏折角為420，所以進(jìn)入玻璃的光線將構(gòu)成一個(gè)夾角為4202=840的錐形MON。若有一束光從玻璃射向空氣，當(dāng)入射角大于420時(shí)，則到達(dá)O點(diǎn)后，將既不能進(jìn)入空氣，也不能進(jìn)入MON錐形區(qū)域，必定反射為。利用光線是可逆的可推出：物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 全反射的發(fā)現(xiàn)：若有一束光從玻璃射向空氣，當(dāng)入射角大于42 斯涅耳(W.Snell,

6、1591-1626)的工作： 荷蘭人，1621年從實(shí)驗(yàn)得到準(zhǔn)確的折射定律 。方法和開普勒基本相同，但斯涅耳發(fā)現(xiàn)，比值OS /OS恒為常數(shù)，并由此導(dǎo)出圖中所示式子。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展2 斯涅耳(W.Snell,1591-1626)的工作： 3 笛卡兒的工作：物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展3 笛卡兒的工作：物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展4 費(fèi)馬的工作： 1661年費(fèi)馬用最短時(shí)間原理推出了折射定律：同時(shí)證明了光從光疏媒質(zhì)進(jìn)入光密媒質(zhì)時(shí)向法線方向偏折。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展4 費(fèi)馬的工作：同時(shí)證明了光從光疏媒質(zhì)進(jìn)入光密媒質(zhì)時(shí)向法線方1.1299年由意大利人阿瑪?shù)侔l(fā)明并制造了眼鏡。2.160

7、8年，荷蘭人李普塞（Hans Lippershey)制成第一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡:凸透鏡作物鏡，凹透鏡作目鏡3.伽利略改進(jìn)成放大32倍，隨后又制成放大1000倍的望遠(yuǎn)鏡。三.光學(xué)儀器的研制物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展1.1299年由意大利人阿瑪?shù)侔l(fā)明并制造了眼鏡。三.光學(xué)儀器5.1668年，牛頓設(shè)計(jì)并制造了第一架小型反射式望遠(yuǎn)鏡。反射式望遠(yuǎn)鏡可以避免因透鏡折射引起的像差4.1611年開普勒設(shè)計(jì)了用兩個(gè)凸透鏡構(gòu)成的天文望遠(yuǎn)鏡，即開普勒望遠(yuǎn)鏡。 第一臺(tái)開普勒望遠(yuǎn)鏡由天文學(xué)家沙伊納于16131617年制造。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展5.1668年，牛頓設(shè)計(jì)并制造了第一架小型反射式望遠(yuǎn)鏡。反射6.幾乎與望遠(yuǎn)鏡同

8、時(shí)，荷蘭人詹森(Janssen)發(fā)明制造了顯微鏡。7.1665年，胡克出版顯微圖象，并制造了一個(gè)帶聚光鏡的顯微鏡：用兩個(gè)平凸透鏡分別作物鏡和目鏡，用一球形聚光器來照亮待觀察的物體。胡克用顯微鏡觀察軟木結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞組織，成為用顯微鏡研究生物學(xué)的先驅(qū)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展6.幾乎與望遠(yuǎn)鏡同時(shí)，荷蘭人詹森(Janssen)發(fā)明制造了四 牛頓的色散研究1、牛頓之前（1）笛卡爾的研究物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展四 牛頓的色散研究1、牛頓之前（1）笛卡爾的研究物理學(xué)史（2）馬爾西的研究物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展（2）馬爾西的研究物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展（3）胡克和玻意耳的研究胡克玻意耳物理

9、學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展（3）胡克和玻意耳的研究胡克玻意耳物理學(xué)史第四章光學(xué)建立2.牛頓的色散實(shí)驗(yàn)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展2.牛頓的色散實(shí)驗(yàn)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展目的：證明紅色和藍(lán)色的光確實(shí)具有不同的折射性能。 如圖在一張黑紙上畫一條線abc，半邊ab為紅色，半邊bc為蘭色，經(jīng)過棱鏡觀看，只見這根線好象折斷了似的，分界處正是紅蘭之交，蘭色部分比紅色部分更靠近棱鏡?？梢娞m色光比紅色光折射更厲害。疑問： 色散是不是由于光和棱鏡相互作用，或是由于其他原因？比如：由于棱鏡的不平或其他偶然的不規(guī)則性？牛頓又作了以下實(shí)驗(yàn)：物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展目的：證明紅色和藍(lán)色的光確實(shí)具有不同的折射性能

10、。疑問：物理目的：排除棱鏡不平等因素造成的顏色的分散他拿三個(gè)棱鏡作實(shí)驗(yàn)，三個(gè)棱鏡完全相同，只是放置方式不同，如下圖。如果色散是由于光線和棱鏡的作用引起的，經(jīng)過第二和第三棱鏡后，這種色散現(xiàn)象應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。顯然實(shí)驗(yàn)結(jié)果不支持這一觀點(diǎn)。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展目的：排除棱鏡不平等因素造成的顏色的分散物理學(xué)史第四章判決性實(shí)驗(yàn) 他用兩塊木版各開一小孔F和G，并分別放于三棱鏡兩側(cè)，光從S 處平行射入F后，經(jīng)棱鏡折射穿過小孔G，到達(dá)另一塊木版de上，投過小孔g的光再經(jīng)棱鏡abc的折射后，抵達(dá)墻壁MN。使第一個(gè)棱鏡ABC緩緩繞其軸旋轉(zhuǎn)，這樣第二塊木版上不同顏色的光相繼穿過小孔g到達(dá)三棱鏡abc。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是

11、：被第一個(gè)三棱鏡折射最厲害的紫光，經(jīng)過第二個(gè)三棱鏡時(shí)也偏折的最多。結(jié)論：白光是由折射性能不同的各種顏色的光組成。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展判決性實(shí)驗(yàn)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展1.光線隨其折射率不同，顏色也不同。色是光線固有的屬性。2.同一顏色的光折射率相同，不同色的光折射率不同。3.色的種類和折射的程度是光線所固有的，不會(huì)因折射、反射或其它任何原因而改變。4.必須區(qū)分兩種顏色，一種是原始的、單純的色，另一種是由原始的顏色復(fù)合而成的色。5.本身是白色的光線是沒有的，白色是由所有色的光線岸適當(dāng)比例混合而成。6.自然物質(zhì)的色是由于對(duì)某種光的反射大與其它光的反射的緣故。7.把光看成實(shí)體有充分依據(jù)。

12、8.由此可解釋棱鏡色散和虹。在色散實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，牛頓總結(jié)出以下幾條規(guī)律：物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展1.光線隨其折射率不同，顏色也不同。色是光線固有的屬性。在色物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展一.光的早期微粒說二.光的早期波動(dòng)說三.波動(dòng)說的復(fù)興四.光應(yīng)具有波粒二相性2.光的波動(dòng)說和微粒說物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展一.光的早期微粒說2.光的波動(dòng)說和微粒說物理學(xué)史第四章一 光的微粒說： 微粒說認(rèn)為：光是由一顆顆像小彈丸一樣的機(jī)械微粒所組成的粒子流，發(fā)光物體接連不斷地向周圍空間發(fā)射高速直線飛行的光粒子流，一旦這些光粒子進(jìn)入人的眼睛，沖擊視網(wǎng)膜，就引起了視覺。 微粒說還認(rèn)為，

13、光在水中的傳播速度比在空氣中的快。 缺陷：無法解釋為什么幾束在空間交叉的光線能彼此互不干擾地獨(dú)立前時(shí)，為什么光線并不是永遠(yuǎn)走直線，而是可以繞過障礙物的邊緣拐彎傳播等現(xiàn)象。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展一 光的微粒說：物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展二 早期的波動(dòng)說1.光的波動(dòng)說最初是由意大利人格里馬第(F. M. Grimaldi，1618-1663）提出的。在他死后不久（1665 年）出版的著作發(fā)光、顏色和虹彩的物理數(shù)學(xué)中，記錄了衍射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，并提出光是一種作波狀運(yùn)動(dòng)的流體的猜測(cè)。2.胡克：胡克主張光是一種振動(dòng)，是類似水波的某種快速脈沖。3

14、.惠更斯：荷蘭物理學(xué)家惠更斯發(fā)展了胡克的思想（縱波）。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展二 早期的波動(dòng)說物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 惠更斯 (Christian Huygens， 1629-1695) ：荷蘭物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家。1629年出生于海牙，1655年獲得法學(xué)博士學(xué)位，1663年成為倫敦皇家學(xué)會(huì)的第一位外國(guó)會(huì)員。他是介于伽利略與牛頓之間一位重要的物理學(xué)先驅(qū)，是歷史上最著名的物理學(xué)家之一，他對(duì)力學(xué)的發(fā)展和光學(xué)的研究都有杰出的貢獻(xiàn)，在數(shù)學(xué)和天文學(xué)方面也有卓越的成就，是近代自然科學(xué)的一位重要開拓者。他建立向心力定律，提出動(dòng)量守恒原理，并改進(jìn)了計(jì)時(shí)器。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 惠更斯

15、(Christian Huygens， 162物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 由于波動(dòng)說缺乏數(shù)學(xué)的嚴(yán)密性，理論尚未完善縱波觀點(diǎn)和未考慮波面上各點(diǎn)之間的相互干涉，再加上牛頓力學(xué)節(jié)節(jié)勝利，以符合力學(xué)規(guī)律的粒子行為來描述光學(xué)規(guī)象被認(rèn)為是惟一合理的理論。18 世紀(jì)微粒說占了上風(fēng)。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 由于波動(dòng)說缺乏數(shù)學(xué)的嚴(yán)密性，理論尚未完善縱波觀點(diǎn)和未三 波動(dòng)說的復(fù)興19世紀(jì)初光的波動(dòng)說迎來了復(fù)興的春天，這首先歸功于英國(guó)科學(xué)家托馬斯 楊（T. Young，1773-1829）。 托馬斯 楊(Thomas Young, 17731829 ) 英國(guó)物理學(xué)家、考古學(xué)家（曾破

16、譯了古埃及石碑上的文字）、醫(yī)生。光的波動(dòng)說的奠基人之一。1773年6月13日生于米菲爾頓，自幼天資過人，兩歲就學(xué)會(huì)了看書，4歲時(shí)就已將圣經(jīng)通讀了兩遍。曾在倫敦大學(xué)、愛丁堡大學(xué)和格丁根大學(xué)學(xué)習(xí)，倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，巴黎科學(xué)院院士。1829年5月10日在倫敦逝世。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展三 波動(dòng)說的復(fù)興19世紀(jì)初光的波動(dòng)說迎來了復(fù)興的春天，這首先1. 托馬斯楊的研究物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展1. 托馬斯楊的研究物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展楊聲明，相干疊加的兩束光必須是發(fā)自同一光源楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展楊聲明，相干疊加的兩束光必須是發(fā)自同一光源楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)物理學(xué)2. 菲涅耳的衍

17、射理論 菲涅耳 （Augustin-Jean Fresnel 1788-1827）是法國(guó)物理學(xué)家和鐵路工程師。 1788年5月10日生于諾曼底省，1806年畢業(yè)于巴黎工藝學(xué)院，1809年又畢業(yè)于巴黎橋梁與公路學(xué)校。1923年當(dāng)選為法國(guó)科學(xué)院院士，1825年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。1827年7月14日因肺病醫(yī)治無效而逝世，終年僅39歲。 菲涅耳具有卓越的數(shù)學(xué)才能，他隨后考慮把波動(dòng)的周期性相位變化同惠更斯原理結(jié)合起來，并用解析的形式進(jìn)行精確的表達(dá)。他考慮的是，在給定時(shí)刻，從任何部位傳到指定地點(diǎn)的所有振動(dòng)的疊加。這就是所謂的惠更斯-菲涅耳原理。應(yīng)用該原理，菲涅耳對(duì)衍射問題進(jìn)行了精確的計(jì)算。物理學(xué)史第

18、四章光學(xué)建立與發(fā)展2. 菲涅耳的衍射理論 菲涅耳 （Augustin-J1821 到1822年，菲涅耳公開提出了光的橫波理論物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展1821 到1822年，菲涅耳公開提出了光的橫波理論物理學(xué)史3. 光速的測(cè)定 關(guān)于光是否以有限的速度傳播，在伽利略以前的人們一直有不同的看法。伽利略第一個(gè)堅(jiān)持光速有限且可以測(cè)定。1607年,他和他的助手曾分別站在兩個(gè)山頭上，用燈閃光方法測(cè)定光速，但實(shí)驗(yàn)沒有成功。 光速是物理學(xué)中最重要的基本常數(shù)之一，在光學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展歷史上，光速的測(cè)定，一直是許多科學(xué)家為之探索的課題。許多光速測(cè)量方法那巧妙的構(gòu)思、高超的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一直在啟迪著后人的物理學(xué)研究。一

19、、 伽利略測(cè)量光速的方法物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展3. 光速的測(cè)定 關(guān)于光是否以有限的速度傳播，在伽二.天文學(xué)方法1.羅末由木衛(wèi)蝕測(cè)量光速 由丹麥人奧羅斯羅末(1644-1710)于1675年提出。木星有13個(gè)衛(wèi)星，I0（木衛(wèi)一）是木星的一顆衛(wèi)星，繞木星旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間約42小時(shí)28分16秒，因此在地球上看I0蝕也應(yīng)是42小時(shí)28分16秒一次，但他在觀測(cè)木衛(wèi)I0的隱食周期時(shí)發(fā)現(xiàn)：在一年的不同時(shí)期，它們的周期有所不同； 惠更斯據(jù)此觀察計(jì)算出了光的傳播速度：214000千米/秒。 現(xiàn)代用羅麥的方法經(jīng)過各種校正后得出的結(jié)果是298000千米/秒，物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展二.天文學(xué)方法物理學(xué)史第四

20、章光學(xué)建立與發(fā)展利用木星蝕測(cè)量光速圖：意義：揭示了光的傳播需要時(shí)間，即光速有限。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展利用木星蝕測(cè)量光速圖：意義：揭示了光的傳播需要時(shí)間，即光速有2.由光行差測(cè)量光速 17251728年間，英國(guó)天文學(xué)家布拉德雷（Bradley) 在地球上觀察恒星時(shí)，發(fā)現(xiàn)恒星的視位置在不斷地變化，在一年之內(nèi)，所有恒星似乎都在繞橢圓軌道運(yùn)行一周他認(rèn)為這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于恒星發(fā)出的光傳到地面時(shí)需要一定的時(shí)間，而在此時(shí)間內(nèi)，地球已因公轉(zhuǎn)而發(fā)生了位置的變化。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展2.由光行差測(cè)量光速 17251728年間， 如右圖，若當(dāng)?shù)厍?人)從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)，恒星發(fā)出的光線從C點(diǎn)傳播到

21、A，則光速和地球的公轉(zhuǎn)速度之比為：由此測(cè)得光速為：C=299930千米/秒物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 如右圖，若當(dāng)?shù)厍?人)從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)，恒1849年，法國(guó)人菲索（1819-1896）用齒輪旋轉(zhuǎn)法測(cè)得光速為3.15108米/秒。他是第一個(gè)首次證明光速可以在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的人。另外，法國(guó)人傅科、美國(guó)人紐克姆等都對(duì)光速測(cè)定做過貢獻(xiàn)。三. 光速的地面測(cè)定方法物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展1849年，法國(guó)人菲索（1819-1896）用齒輪旋轉(zhuǎn)法測(cè)得 在地面上首先成功測(cè)出光速的是法國(guó)物理學(xué)家斐索（A. Fizeau，1819-1896）。他于1849年創(chuàng)造了旋轉(zhuǎn)齒輪法，即巧妙地利用旋轉(zhuǎn)齒輪作為遮光測(cè)時(shí)

22、設(shè)備，確定光傳播時(shí)間，再通過光程計(jì)算光速。1、 斐索的旋轉(zhuǎn)齒輪法物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 在地面上首先成功測(cè)出光速的是法國(guó)物理學(xué)家斐索（A. F他的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：L（齒輪和平面鏡間的距離）= 8.633 公里，N（齒輪齒數(shù)）=720，Z（齒輪轉(zhuǎn)數(shù)）=12.67/秒。利用公式c=2L/t，t=1/2NZ，則可算出c=315014公里/秒。考慮到他所利用儀器的局限，這個(gè)結(jié)果已經(jīng)相當(dāng)精確了。 物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展他的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 1850 年，斐索的朋友和合作者傅科（J. L. Foucault，1819-1868）設(shè)計(jì)了測(cè)量光速的另一種方法：“轉(zhuǎn)動(dòng)平面鏡方法”

23、。傅科使用快速旋轉(zhuǎn)的鏡片替代了斐索的齒輪，快速旋轉(zhuǎn)的鏡片會(huì)使出射光線偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，1862年傅科的測(cè)量結(jié)果是29.8萬公里/秒。2、 傅科的旋轉(zhuǎn)平面鏡法物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 1850 年，斐索的朋友和合作者傅科（J. L. Fo 后人對(duì)光速的測(cè)定大多基于傅科的方法，并不斷有所改進(jìn)，使得測(cè)定的光速值的準(zhǔn)確度越來越高。最著名的是美國(guó)著名物理學(xué)家邁克耳遜（A. A. Michelson，1852-1931）。從1879年至1926 年，他從事測(cè)定光速50年不間斷，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)作了很大的改進(jìn)，在傅科設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)了旋轉(zhuǎn)棱鏡法，即用一個(gè)正八面鋼質(zhì)棱鏡代替了轉(zhuǎn)動(dòng)平面鏡，延長(zhǎng)了光路，減小了誤差

24、。1926 年他發(fā)表的最后一個(gè)測(cè)定值為：C=299796 公里/秒。這是當(dāng)時(shí)最精確的數(shù)值，同傅科的最初結(jié)果相比，精確度提高了100 倍。3、 邁克耳遜的旋轉(zhuǎn)棱鏡法物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 后人對(duì)光速的測(cè)定大多基于傅科的方法，并不斷有所改進(jìn)，使 假設(shè)鏡子不轉(zhuǎn)動(dòng)，并且處在如圖的位置，光恰好可以被觀察者看到。當(dāng)多面鏡旋轉(zhuǎn)起來，并且旋轉(zhuǎn)速度不快時(shí)，多面鏡將不能使光束被反射到觀察者的眼睛里。逐漸加快多面鏡旋轉(zhuǎn)速度，并恰好當(dāng)入射光線返回時(shí)，使相鄰鏡面處于前一個(gè)鏡面原先的位置時(shí)，即多面鏡轉(zhuǎn)了1/8圈時(shí)，觀察者將可重新看到被反射的光束。 邁克爾遜1926年的測(cè)量結(jié)果是299796公里/秒，誤差不超過4公里

25、/秒。這是當(dāng)時(shí)的最佳結(jié)果。 物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 假設(shè)鏡子不轉(zhuǎn)動(dòng)，并且處在如圖的位置，光恰好可以被觀察者4 其他方法-試驗(yàn)室方法克爾盒法：克爾盒能使光束以極高頻率做周期性變化。1928年，卡婁拉斯和米太斯塔德首先提出利用克爾盒法來測(cè)定光速。微波諧振腔法：1950年埃文森最先采用測(cè)定微波波長(zhǎng)和頻率的方法來確定光速激光測(cè)速法：1970年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局和美國(guó)國(guó)立物理實(shí)驗(yàn)室最先運(yùn)用激光測(cè)定光速 等等。物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展4 其他方法-試驗(yàn)室方法物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)光速測(cè)量一覽表物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展光速測(cè)量一覽表物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展4. 光譜的研究（略） 1665年

26、，牛頓進(jìn)行太陽光的實(shí)驗(yàn)，它用三棱鏡把太陽光分解成簡(jiǎn)單的組成部分，這些成分形成一個(gè)顏色按一定順序排列的光分布光譜。牛頓的發(fā)現(xiàn)不僅為顏色理論奠定了基礎(chǔ)，而且為光譜學(xué)的發(fā)展開辟了道路。不過牛頓沒有觀測(cè)到光譜譜線，因?yàn)樗?dāng)時(shí)不是用狹縫，而是用圓孔作光闌，再加上他使用的棱鏡的分辨本領(lǐng)很低。(一) 光譜的觀測(cè)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展4. 光譜的研究（略） 1665年，牛頓進(jìn)行太陽光的實(shí) 1748-1749 年間，英國(guó)人梅耳維爾（T. Melvill）用棱鏡觀察了多種材料的火焰光譜，其中包括鈉的黃線。但他的論文一直被忽視，沒有引起人們的重視。 1802 年英國(guó)化學(xué)家沃拉斯頓（W. H. Wollasto

27、n, 1766-1828）研究了通過細(xì)長(zhǎng)狹縫的太陽光的光譜，發(fā)現(xiàn)它被幾條暗線所分開。他首次觀察到了太陽光譜的不連續(xù)性，但誤以為那些暗線是顏色的分界線。后來他又研究了火焰的光譜，發(fā)現(xiàn)它由五條亮線組成。他的這些發(fā)現(xiàn)并未引起人們的注意，他自己也沒有進(jìn)一步去追究。 線光譜的研究基礎(chǔ)是由德國(guó)物理學(xué)家夫瑯和費(fèi)（J. Fraunhofer，1787-1826）奠定的。1815年，通過縱向狹縫的太陽光射入火石玻璃三棱鏡，用小望遠(yuǎn)鏡對(duì)它進(jìn)行觀察，他發(fā)現(xiàn)光譜被若干條暗線所分開，并對(duì)其中8條特別顯著的暗線以A、B、.H 等字母命名（人稱夫瑯和費(fèi)線）。這些暗線后來成為比較不同玻璃材料色散率的標(biāo)準(zhǔn)，為光譜的精確測(cè)量提供

28、了基礎(chǔ)。 物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 1748-1749 年間，英國(guó)人梅耳維爾（T. Mel 赫歇耳生前考察了幾種物質(zhì)的明線光譜，并在1823 年出版的著作論光中指出：每種化學(xué)元素只要能變成炙熱的氣體，就能產(chǎn)生自己獨(dú)有的線狀光譜，利用這些譜線就可以檢驗(yàn)?zāi)撤N金屬元素的存在。 把光譜分析系統(tǒng)、完善、透徹的是德國(guó)物理學(xué)家基爾霍夫（G. R. Kirchhoff，1824-1887）。1859-1862 年期間，他對(duì)光譜的吸收和發(fā)射之間的關(guān)系作了深入的研究。 基爾霍夫的這一結(jié)果，引起他在兩個(gè)方向上作深入的研究。一方面是對(duì)光譜反轉(zhuǎn)作理論上的說明，提出了基爾霍夫輻射定律，接下去發(fā)展到量子論的誕生。另一方

29、面，他根據(jù)這一理論說明作出結(jié)論：太陽光譜中的暗線只不過是表示，發(fā)出與此暗線同樣波長(zhǎng)的亮線的物質(zhì)的溫度較低的蒸汽包圍著溫度較高的太陽本體。他斷定在太陽大氣中存在有鈉、鎂、銅、鋅、鋇、鎳。這個(gè)結(jié)論宣告了天文學(xué)的新紀(jì)元天體物理學(xué)的誕生。(二) 光譜分析的創(chuàng)立物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展 赫歇耳生前考察了幾種物質(zhì)的明線光譜，并在1823 年出 基爾霍夫和本生（R. W. Bunsen）合作，把光譜分析法應(yīng)用于化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了銫（1860年）和銣（1861 年）?？唆斂怂梗╓. Crookes）發(fā)現(xiàn)了鉈，里奇發(fā)現(xiàn)了銦（1863 年），波依斯邦德朗發(fā)現(xiàn)了鎵（1875 年），他們用的都是光譜分析法。物理學(xué)史

30、第四章光學(xué)建立與發(fā)展 基爾霍夫和本生（R. W. Bunsen）合作，把光譜附： 激光器的發(fā)明（略）和全息術(shù)一、激光器的發(fā)明（略）物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展附： 激光器的發(fā)明（略）和全息術(shù)一、激光器的發(fā)明（略）物理學(xué)物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展二、全息術(shù)的發(fā)明與應(yīng)用物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展二、全息術(shù)的發(fā)明與應(yīng)用物理學(xué)史第四章光學(xué)建立與發(fā)展Holograghy(全息術(shù))：詞根“Holo”來源于希臘語，意為“完全”，“全部”；“Graphy”意為記錄方法。意思是“記錄物體全部信息的