光學(xué)發(fā)展史的五大階段課件

1、光學(xué)發(fā)展史的五大階段 時(shí)期 階段 實(shí)驗(yàn) 理論 代表人物萌芽遠(yuǎn)古-16世紀(jì) (簡單) 光學(xué)元件反射定律 歐幾里德（前33-前275）幾何17-18世紀(jì) 望遠(yuǎn)鏡和 顯微鏡(合)折射定律 開普勒/笛卡兒斯涅耳/牛頓波動(dòng)19世紀(jì)楊氏/馬呂斯波長/聲速光的電磁理論楊氏/菲涅耳馬呂斯量子19世紀(jì)末-20世紀(jì)中葉 黑體/光電康普頓效應(yīng)波粒二象性物質(zhì)波愛因斯坦/麥克斯韋/普朗克現(xiàn)代20世紀(jì)中葉-現(xiàn)代 激光/傳遞函數(shù)/全息光的受激輻射肖洛等光學(xué)發(fā)展史的五大階段 時(shí)期 階段 實(shí)驗(yàn) 開普勒 Johannes Kepler (1571-1630) 德國天文學(xué)家。生于一個(gè)貧民家庭。1588年進(jìn)入蒂賓根大學(xué)學(xué)習(xí)神學(xué)、數(shù)學(xué)

2、和哲學(xué)，但對(duì)天文學(xué)發(fā)生了興趣，在天文學(xué)家邁克爾(Michaelm，15501631)的指導(dǎo)下開始研究哥白尼的天文學(xué)。1594年擔(dān)任格拉次大學(xué)數(shù)學(xué)教師。1598年迫于天主教徒的懲罰恫嚇，離開家鄉(xiāng)，逃到匈牙利。1600年來到布拉格，成為天文學(xué)家第谷布拉赫 ( Tyho Brahe，15461601)的助手。 開普勒 Johannes K 開普勒 Johannes Kepler (1571-1630) 1601 年第谷去世， 開普勒繼承了第谷的未竟事業(yè)。他利用第谷多年積累的觀察資料，進(jìn)行了仔細(xì)的分析研究，獲得了驚人的成果。1609年，開普勒提出了行星運(yùn)動(dòng)的第一定律和第二定律，即“軌道定律”和 “面積

3、定律”，1618年又提出了行星運(yùn)動(dòng)第三定律，即“周期定律”。并在1627年完成了魯?shù)婪蛱煳谋?，表中列出?1005 顆恒星的位置。此外，他還創(chuàng)立了大氣折射理論，并根據(jù)這一理論提出了天體望遠(yuǎn)鏡的原理。 他還于1604年 9月30日觀察到一顆超新星的爆發(fā) ( 我國明史上也有這顆星的記載 ) 。 開普勒的主要著作有 神秘的宇宙等。 開普勒一生過著貧苦的生活，完成了行星天文表后，雖然獲得了“皇家數(shù)理家 ”的頭銜，但宮廷卻不發(fā)給俸祿，他不得不再從事星相術(shù)來掙錢糊口，死時(shí)一貧如洗。 開普勒 Johannes K 斯涅耳 willebrord Snell (1591-1626) 荷蘭數(shù)學(xué)家及物理學(xué)家。161

4、3年任萊頓大學(xué)教授。1617年最早用三角方法求經(jīng)度的長度，因而可測地球的大小。1621年發(fā)現(xiàn)光的折射定律，也稱斯涅耳定律，可惜末撰寫論文發(fā)表，只是講述此定律。 斯涅耳 willebrord 惠更斯 Christian Huygens (16291695) 荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家。 生于海牙。1655 年獲法學(xué)博士學(xué)位。1663年成為倫敦皇家學(xué)會(huì)的第一位外國會(huì)員。 在力學(xué)方面， 惠更斯于1673年解決了物理擺的擺動(dòng)中心問題；改進(jìn)了用擺來控制的時(shí)鐘，還發(fā)明了測微計(jì)。他最重要的貢獻(xiàn)是建立了光的波動(dòng)學(xué)說，打破了當(dāng)時(shí)流行的光的微粒學(xué)說，并提出波面在媒質(zhì)中傳播的規(guī)律 ( 惠更斯原理 ) 。他首先發(fā)

5、現(xiàn)了雙折射光束的偏振性，并用波動(dòng)觀點(diǎn)作了解釋。在天文學(xué)方面，他借助自己設(shè)計(jì)和制造的望遠(yuǎn)鏡，于1665年發(fā)現(xiàn)了土星衛(wèi)星土衛(wèi)六，以后又觀察到土星環(huán)。 他在數(shù)學(xué)方面的貢獻(xiàn)也很大。 著作全集共有22卷。 惠更斯 Christian Huyg 牛頓 Isaac Newton (16421727) 英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家。1642年12月25日出生于英國林肯郡。1665年畢業(yè)于劍橋大學(xué)，并從1669年起在該校任教30年。1727年 3月20日在倫敦逝世。 他是歷史上最偉大的科學(xué)家之一，具有多方面的成就。在力學(xué)方面，提出了“力”、“質(zhì)量”和“動(dòng)量”的明確定義，并把它們與伽利略所提出的加速度聯(lián)系起來，

6、總結(jié)了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本定律 ( 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 ) ，從而創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)體系，這是人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)的一次飛躍。在天文學(xué)方面，他總結(jié)出宇宙中普遍適用的萬有引力定律，還于1671年創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡，觀察了行星運(yùn)動(dòng)，解釋了潮汐現(xiàn)象，預(yù)言地球了不是正球體， 并由此說明了歲差現(xiàn)象等。 在光學(xué)方面，主要致力于色散現(xiàn)象和光的本質(zhì)研究，并于1666年通過三棱鏡對(duì)日光的分析，發(fā)現(xiàn)了白光是由不同顏色的光構(gòu)成，成為光譜分析的基礎(chǔ)，并制作了牛頓色盤。1675年觀察到光的一種干涉圖樣，稱為牛頓環(huán)。 他創(chuàng)立了光的“微粒說”，這在一定程度上反映了光的本性，并于1704年出版了光學(xué)一書。 牛頓 Isaac Newton 牛頓 I

7、saac Newton (16421727) 在熱學(xué)方面，牛頓于1701年發(fā)現(xiàn)了冷卻定律。在數(shù)學(xué)方面，牛頓提出 “流數(shù)法” （即今微分學(xué)） 建立了二項(xiàng)式定理，并和萊布尼茨同時(shí)創(chuàng)立了微積分學(xué)，開辟了數(shù)學(xué)上的一個(gè)新紀(jì)元。1687年出版了科學(xué)名著自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理，在這本書里，他用數(shù)學(xué)解釋了哥白尼學(xué)說和天體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，闡明了運(yùn)動(dòng)三定律和萬有引力定律等。牛頓哲學(xué)思想屬于自發(fā)的唯物主義，但卻形而上學(xué)地提出所謂絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的觀點(diǎn)，他還認(rèn)為一切行星都是在某外來的“第一推動(dòng)力”作用下，由靜止開始運(yùn)動(dòng)的。晚年埋頭編寫以神學(xué)為題材的著作。牛頓的很多成就是在25歲前閑居故鄉(xiāng)的兩年中完成的（如發(fā)明微積分和二項(xiàng)式

8、定理，用棱鏡分析日光，思考萬有引力定律等）。16681705年他以劍橋大學(xué)代表的身份當(dāng)上了英國國會(huì)議員，1699年被任命為造幣廠廠長。1703年起擔(dān)任倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)長（直到逝世），1705年被英國女皇授以爵士稱號(hào)。逝世以后還以對(duì)國有功的偉人葬于威敏斯特教堂。牛頓終身未婚， 在病篤時(shí)有句名言：“若我比別人更有遠(yuǎn)見，只因我站在巨人的肩上 ”。為了紀(jì)念他，力的國際制單位就以他的姓氏命名。 牛頓 Isaac Ne 楊氏 Thomas Young (17731829) 英國物理學(xué)家。 1796 年獲哥丁根大學(xué)博士學(xué)位。1799年完成雙縫干涉實(shí)驗(yàn)；1801年描述散光現(xiàn)象，提出了色覺理論公式。后任皇家研究院

9、物理教授及皇家學(xué)會(huì)秘書。在生理學(xué)方面也有研究。 楊氏 Thomas Y 菲涅耳 Augustin Jean Fresnel (17881827) 法國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。1806年畢業(yè)于巴黎工科大學(xué)。1823年被選為巴黎科學(xué)院院士。1825年當(dāng)選為倫敦皇家學(xué)會(huì)的委員。菲涅耳主要從事于光的本性的研究。他曾用自己設(shè)計(jì)的光的干涉實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了光的波動(dòng)性，提出了相干條件，他對(duì)惠更斯原理的內(nèi)容進(jìn)行了補(bǔ)充和推廣，建立了惠更斯菲涅耳原理。他在光的偏振及雙折射現(xiàn)象方面也有一定的研究成果，1817年獲得英國皇家學(xué)會(huì)的獎(jiǎng)?wù)隆Ｖ泄獾难苌湟粫?菲涅耳 Augustin Jean Fres 馬呂斯 Etienne Lo

10、uis Malus (17751812) 法國物理學(xué)家及軍事工程師。畢業(yè)于軍校并服務(wù)于陸軍，任軍官，并致力于光學(xué)研究。1810年他在第一篇論文中闡明了偏振光通過透明介質(zhì)后其強(qiáng)度如何變化（即馬呂斯定律），并對(duì)雙折射理論有貢獻(xiàn)。因此被選入法國科學(xué)院，并獲倫敦皇家學(xué)會(huì)獎(jiǎng)?wù)隆?馬呂斯 Etienne Louis M 愛因斯坦 Albert Einstein (18791955) 20世紀(jì)最偉大的理論物理學(xué)家。1879年 3月14日生于德國烏爾姆的一個(gè)德籍猶太人家庭。他少年時(shí)代就對(duì)自然科學(xué)，特別對(duì)數(shù)學(xué)感興趣。1900年由蘇黎世工業(yè)專門學(xué)校畢業(yè)后到伯爾尼專利局當(dāng)一名低級(jí)職員。1909年后擔(dān)任蘇黎世大學(xué)、布

11、拉格大學(xué) 等校教授。1913年回到德國，被選為普魯士科學(xué)院院士，并擔(dān)任威廉物理研究所所長和柏林大學(xué)教授。1933年因受納粹政權(quán)的迫害而遷居美國成為普林斯頓研究所的研究員。1940年加入美國籍。愛因斯坦對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)極大。首先，他發(fā)展了普朗克的量子論，提出了光量子的概念，并用量子理論解釋了光電效應(yīng)、輻射過程和固體的比熱等，得出了光電效應(yīng)的愛因斯坦方程。他因此而獲得1921年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 愛因斯坦 Albert Einstei 愛因斯坦 Albert Einstein (18791955) 其次，他創(chuàng)立了相對(duì)論。1905年愛因斯坦在著名論文論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)中，揭示了狹義相對(duì)論的基本理論

12、，即相對(duì)性原理和光速不變原理。1916年又發(fā)表了廣義相對(duì)論原理，包括廣義相對(duì)性原理和等效原理。愛因斯坦相對(duì)論的建立是人類對(duì)自然認(rèn)識(shí)過程的一個(gè)飛躍。相對(duì)論所預(yù)言的水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)、恒星光譜線紅移和經(jīng)過太陽附近的光線彎曲三個(gè)效應(yīng)，都已得到圓滿的解釋和證實(shí)。另外，1905年愛因斯坦在其物體的慣性是否決定于它所含的能量的論文中提出質(zhì)量和能量是可以互相轉(zhuǎn)換的，并給出著名的愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式。這個(gè)公式成為人們研究釋放原子核能的鑰匙。此外，愛因斯坦還用原子論解釋布朗運(yùn)動(dòng)。愛因斯坦的后半生致力于“統(tǒng)一場論”的研究，試圖把電磁場和引力場統(tǒng)一起來，但未取得重大成果。愛因斯坦一生經(jīng)歷兩次世界大戰(zhàn)，他反對(duì)帝國主義戰(zhàn)爭

13、，譴責(zé)日本帝國主義對(duì)中國的侵略。1939年8月2日曾寫信給美國總統(tǒng)羅斯福，提醒他希特勒德國正致力于研究原子核能，制造毀滅性武器。 于是羅斯福決心制造原子彈， 耗資20億美元，于1945年在新墨西哥州試驗(yàn)成功。愛因斯坦一生簡樸，臨危之時(shí)要求死后火化，不舉行任何儀式。1955年4月18日逝世于普林斯頓。 愛因斯坦 Albert Einstei 麥克斯韋 James Clerk Maxwell (18311879) 英國物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家。畢業(yè)于劍橋大學(xué)。1856年任瑪利亞學(xué)院的自然哲學(xué)講座教授。1860年擔(dān)任倫敦皇家學(xué)院物理學(xué)教授。1871年成為劍橋大學(xué)教授，創(chuàng)立著名的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，并成為第一任負(fù)

14、責(zé)人。他還是倫敦皇家學(xué)會(huì)的會(huì)員。他在法拉第工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)了19世紀(jì)中葉以前對(duì)電磁現(xiàn)象的研究成果，建立了完整的電磁場基本方程（麥克斯韋方程組），并由此理論預(yù)言了電磁波的存在。不久，赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，從而導(dǎo)致無線電通訊技術(shù)的發(fā)展。他還提出光的本性是電磁波的理論，并提出了光壓現(xiàn)象的預(yù)言，后被俄國物理學(xué)家列別捷夫所證實(shí)。他還利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法，導(dǎo)出了氣體分子運(yùn)動(dòng)的速率分布統(tǒng)計(jì)規(guī)律（麥克斯韋速率分布律）。此外，他對(duì)彈性理論、天文學(xué)和數(shù)學(xué)等都有很深入的研究。他一生寫了大量著作， 主要有 ：電學(xué)和磁學(xué)論、熱的理論、物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)和電研究等。為紀(jì)念他的功績，高斯單位制中磁通量的單位就以他的姓氏命名

15、。 麥克斯韋 James Clerk Maxwe 普朗克 Max Planck (18581947) 德國物理學(xué)家。先后在慕尼黑和柏林受大學(xué)教育，畢業(yè)后，在物理學(xué)家亥姆霍茲和基爾霍夫指導(dǎo)下，從事研究工作。1889年任柏林大學(xué)教授。1912年被選為普魯士科學(xué)院院士。1926年被選為英國倫敦皇家學(xué)會(huì)外國會(huì)員。普朗克的主要成就是對(duì)黑體輻射的研究。1900年，他為了克服經(jīng)典物理學(xué)對(duì)黑體輻射現(xiàn)象解釋上的困難，在正常光譜中能量分布律的理論論文中提出了普朗克量子假說，并引進(jìn)了一個(gè)表征微觀現(xiàn)象量子特征的物理普適常數(shù)，即普朗克恒量。他從理論上導(dǎo)出了黑體輻射的能量按波長分布的公式，稱為普朗克公式。普朗克的量子假說對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)，特