生活中的光学--现代光学初步.docxVIP

生活中的光学 如果说眼睛是心灵的窗户，那么，光就是打开我们眼睛与外面世界大门的钥匙。光，无处不在，在我们的生活中，在我们的周围。没有了光，我们的生活会怎样？没有了光，我们的世界又会怎样？奇异的日食、蔚蓝的天空、红色的落日、绚丽的霞光、美妙的彩虹、神秘的海市蜃楼等这些美妙的景象无不令人心醉着迷，但在这些美景的背后又隐藏了多少科学界的奥秘等待着人们去探索，去发现。光，准确的定义是人类眼睛可以看见的一种电磁波，也称可见光谱。在科学上的定义，光是指所有的电磁波谱。光是由光子为/view/24904.htm基本粒子组成，具有粒子性与波动性，称为/view/7696.htm波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。对于可见光的范围没有一个明确的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波长在400-700毫米之间。人们看到的光来自于太阳或借助于产生光的设备，包括白炽灯泡、荧光灯管、激光器、萤火虫等。光分为人造光和自然光。自身发光的物体称为光源，光源分冷光源和热光源。人眼对各种波长的可见光具有不同的敏感性。实验证明，正常人眼对于波长为555纳米的黄绿色光最敏感，也就是这种波长的辐射能引起人眼最大的视觉，而越偏离555nm的辐射，可见度越小。了解光，了解光学，我们才能更好得去发现生活中的光，体会不一样的大自然。光学，是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。光学也有着悠长而曲折的发展历史。约在公元前400多年，中国的《墨经》中记录了世界上最早的光学知识。它有八条关于光学的记载，叙述影的定义和生成，光的直线传播性和针孔成像，并且以严谨的文字讨论了在/view/675041.htm平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。公元前约330～260年,/view/5841.htm欧几里得的反射光学研究了光的/view/77128.htm反射；阿拉伯学者/view/2119690.htm阿勒·哈增(965～1038)写过一部光学全书，讨论了许多光学的/view/865008.htm现象。 公元11世纪/view/18648.htm阿拉伯人/view/421407.htm伊本·海赛木发明/view/30735.htm透镜；公元1590年到17世纪初，詹森和李普希同时独立地发明显微镜；一直到17世纪上半叶，才由斯涅耳和笛卡儿将光的反射和/view/462574.htm折射的观察结果，归结为今天大家所惯用的反射定律和折射定律。 17世纪，牛顿进行了太阳光的实验，把太阳光分解成简单的组成部分这些成分形成一个颜色按一定顺序排列的光分布——光谱，之后又有了牛顿环现象的发现，根据光的直线传播性，牛顿提出光是一种微粒。惠更斯提出了波动说。19世纪初，波动光学初步形成，其中/view/136229.htm托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。/view/4637.htm菲涅耳于1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯/view/437790.htm原理，由此形成了今天为人们所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。　在进一步的研究中，观察到了光的偏振和偏振光的干涉。1846年，法拉第发现了光的振动面在磁场中发生旋转；1856年，韦伯发现光在真空中的速度等于电流强度的电磁单位与静电单位的比值。他们的发现表明光学现象与磁学、电学现象间有一定的内在关系。　1860年前后，麦克斯韦的指出，/view/63151.htm电场和/view/351.htm磁场的改变，不能局限于/view/31260.htm空间的某一部分，而是以等于/view/10897.htm电流的/view/1437546.htm电磁单位与/view/877.htm静电单位的比值的/view/36819.htm速度传播着，光就是这样一种电磁现象。这个结论在1888年为/view/19996.htm赫兹的实验证实。然而，这样的理论还不能说明能产生像光这样高的频率的电振子的性质，也不能解释光的/view/47254.htm色散现象。到了1896年洛伦兹创立电子论，才解释了发光和物质吸收光的现象，也解释了光在物质中传播的各种特点，包括对色散现象的解释。在洛伦兹的理论中，以太乃是广袤无限的不动的媒质，其唯一特点是，在这种媒质中光振动具有一定的传播速度。1900年，/view/4465.htm普朗克从物质的/view/25255.htm分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的/view/117400.htm量子论。他认为各种频率的电磁波，包括光，只能以各自确定分量的能量