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* 自古以来神奇的光一直吸引着人们： 光是什么？是粒子、是波、是能量？光怎样从物质中发出？又怎样成为物质的一部分？光速为什么是宇宙物质运动的极限？……有些科学已作了回答，有些还在争论不休。但毕竟想方设法去了解光，已带来了物理学一场又一场的革命！ 十七世纪初随着光学仪器的发明和制造， 光学——这一曾经神秘的领域也被卓越的科学 探秘者开拓出了一块醒目的空间 .到十七世纪末， 光学已经成为了物理学的一个重要分支，是物理 学中应用最为广泛的一个部门。其中，几何光学 的发展最为迅速，随着几何光学的发展，物理光 学的研究也开始起步。在人们对物理光学的研究 过程中，光的本性问题和光的颜色问题成为焦点。 第一次波动说与粒子说的争论由“光的颜色”这根 导火索引燃了。让太阳光通过一个小孔后照在暗 室里的棱镜上，在对面的墙壁上会得到一个彩色 光谱。他认为，光的复合和分解就像不同颜色的 微粒混合在一起又被分开一样从此胡克与牛顿之 间展开了漫长而激烈的争论。惠更斯与胡克已相 继去世，波动说一方无人应战。而牛顿由于其对 科学界所做出的巨大的贡献，成为了当时无人能 及一代科学巨匠。随着牛顿声望的提高，人们对 他的理论顶礼膜拜，重复他的实验，并坚信与他 相同的结论。整个十八世纪，几乎无人向微粒说 挑战，也很少再有人对光的本性作进一步的研究。 十九世纪中后期,在光 的波动说与微粒说的论 战中,波动说已经取得了 决定性胜利....这就有了 两派彼此抗衡的光的学 说:微粒说和波动说. （1）以牛顿为代表的微粒说 几何光学 （2）以惠更斯为代表的波动说 波动光学 （3）以爱因斯坦为代表的量子说 量子光学 量子光学 物理光学 光学 几何光学 波动光学 光的偏振 光的衍射 光的干涉 两个或多个光波在空间相遇时，使某些地方光的强度始终加强，而使另一些地方光的强度始终减弱，结果使光的强度形成稳定的分布。 光的干涉 光学具有代表性的学说 1. 普通光源的发光机理 处于激发态的原子会自发地跃迁到低激发态或基态，向外辐射电磁波。 一．光源 - 13.6 e V - 3.4 e V - 1.5 e V 氢原子的发光跃迁 波列 波列长L = ? c 多样的光源 2. 光源发光的复杂性 光是由光源中原子或分子的能量状态发生跃迁时辐射出来的 0 基态 激发态 (1) 大量原子、分子独立发出的光，频率不同。 (2) 原子、分子发光是间歇的。 两个独立的光源不能构成相干光；即使是同一个原子发出的前后两列波，也很难保证同时满足三个相干条件。要获得相干光需要采取特殊的方法。 独立(不同原子发的光) · · 独立(同一原子先后发的光) 可见光频率范围 二、光的颜色和光谱 可见光波长范围 可见光颜色对照 单色光——只含单一波长的光。 复色光——含多种波长的光。 准单色光——光波中包含波长范围 很窄的成分的光。 光波 光波是电磁波。 光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理作用）的是 E 矢量，称为光矢量。 E 矢量的振动称为光振动。 三、光强 在波动光学中，主要讨论的是相对光强，因此在同一介质中直接把光强定义为： 光强：在光学中，通常把平均能流密度称为光强， 用 I 表示。 光矢量 光振动 12.1 杨氏双缝干涉实验 一、获得相干光的方法 我开了两盏灯，为什么没看见干涉条纹 ? 干涉是有条件的! 相干条件 振动方向相同 位相相同或位相差恒定 频率相同 获得相干光的方法: 把同一光源同一点发出的光设法分成两部分,然后再相遇。 光源 P ① ② 一点 ——分振幅法和分波阵面法。 s 1 s 2 P s 图 1 分波阵面 1 2 n 1 n 2 n 3 图 2 分振幅 二、杨氏双缝干涉实验 1.形成明纹、暗纹的条件 d D = 明纹 暗纹 2.明纹、暗纹的位置(中心位置) = 明纹 暗纹 明纹中心位置: 暗纹中心位置: 3. 相邻明纹(或暗纹)间距离 d D 4.结论 d D (1) 明、暗条纹等间距地分布在中央明纹两侧。 (2) 由于光波波长λ很小，要产生清晰可见的干涉条纹，必须要求Dd。 (3) 若D、d不变,△x正比于波长λ。 波长 大 小 红 紫 条纹稀 条纹密 o 紫 红 紫 红 k级 △x 紫 红 k+1级 (2级) 白光 白色 波长 大 小 红 紫 (4) 用白光照射 ① 中央明纹是白色 ② 其余各级条纹是紫到红的彩色光带 ③ 彩色光带的宽度 ④ 当级数高到一定程度时,有重迭现象 假设从第K级开始重迭 说明从第2级开始重迭 在重迭区域波程差相等 = 三、其它分波阵面的干涉实验 1.菲涅耳双棱镜实验 2.菲涅耳双面镜实验 D 3.