光学发展史的五大阶段.ppt

光学发展史的五大阶段 时期 阶段 实验 理论 代表人物萌芽远古-16世纪(简单) 光学元件反射定律 欧几里德 （前33-前275）几何17-18世纪望远镜和 显微镜(合)折射定律 开普勒/笛卡儿 斯涅耳/牛顿波动19世纪杨氏/马吕斯 波长/声速光的电磁 理论杨氏/菲涅耳 马吕斯量子19世纪末- 20世纪中叶黑体/光电 康普顿效应波粒二象性 物质波爱因斯坦/ 麦克斯韦/普朗克现代20世纪中叶 -现代激光/传递 函数/全息光的 受激辐射肖洛等开普勒 Johannes Kepler (1571-1630) 德国天文学家生于一个贫民家庭 1588年进入蒂宾根大学学习神学、数学和 哲学，但对天文学发生了兴趣，在天文学 家迈克尔(Michaelm，1550～1631)的指导 下开始研究哥白尼的天文学1594年担任 格拉次大学数学教师1598年迫于天主教徒的惩罚恫吓，离开 家乡，逃到匈牙利1600年来到布拉格，成为天文学家第谷· 布拉赫 ( Tyho Brahe，1546～1601)的助手开普勒 Johannes Kepler (1571-1630) 1601 年第谷去世， 开普勒继承了第谷的未 竟事业。

他利用第谷多年积累的观察资料，进 行了仔细的分析研究，获得了惊人的成果 1609年，开普勒提出了行星运动的第一定律和 第二定律，即“轨道定律”和 “面积定律”，1618 年又提出了行星运动第三定律，即“周期定律” 并在1627年完成了鲁道夫天文表，表中列出了 1005 颗恒星的位置 此外，他还创立了大气折射理论，并根据这一理论提出了天体望远镜 的原理他还于1604年 9月30日观察到一颗超新星的爆发 ( 我国明史上也 有这颗星的记载 ) 开普勒的主要著作有 《神秘的宇宙》等 开 普勒一生过着贫苦的生活，完成了行星天文表后，虽然获得了“皇家 数理家 ”的头衔，但宫廷却不发给俸禄，他不得不再从事星相术来挣 钱糊口，死时一贫如洗 斯涅耳 willebrord Snell (1591-1626) 荷兰数学家及物理学家1613年任莱顿大学教授1617年最早用三角方法求经度的长度，因而可测地球的大小1621年发现光的折射定律，也称斯涅耳定律，可惜末撰写论文发表，只是讲述此定律惠更斯 Christian Huygens (1629～1695) 荷兰物理学家、数学家、天文学家。

生于海 牙1655 年获法学博士学位1663年成为伦敦皇 家学会的第一位外国会员 在力学方面， 惠更 斯于1673年解决了物理摆的摆动中心问题；改进 了用摆来控制的时钟，还发明了测微计他最重要的贡献是建 立了光的波动学说，打破了当时流行的光的微粒学说，并提出 波面在媒质中传播的规律 ( 惠更斯原理 ) 他首先发现了双 折射光束的偏振性，并用波动观点作了解释在天文学方面， 他借助自己设计和制造的望远镜，于1665年发现了土星卫星— 土卫六，以后又观察到土星环 他在数学方面的贡献也很大 著作全集共有22卷牛顿 Isaac Newton (1642～1727)英国物理学家、数学家、天文学家1642 年12月25日出生于英国林肯郡1665年毕业于剑 桥大学，并从1669年起在该校任教30年1727年3月20日在伦敦逝世他是历史上最伟大的科学家之一，具有多 方面的成就在力学方面，提出了“力”、“质量”和“动量”的明确定义 ，并把它们与伽利略所提出的加速度联系起来，总结了机械运动的基 本定律 ( 牛顿运动定律 ) ，从而创立了经典力学体系，这是人类对自 然的认识的一次飞跃在天文学方面，他总结出宇宙中普遍适用的万 有引力定律，还于1671年创制了反射望远镜，观察了行星运动，解释 了潮汐现象，预言地球了不是正球体， 并由此说明了岁差现象等。

在光学方面，主要致力于色散现象和光的本质研究，并于1666年通过 三棱镜对日光的分析，发现了白光是由不同颜色的光构成，成为光谱 分析的基础，并制作了牛顿色盘1675年观察到光的一种干涉图样， 称为牛顿环 他创立了光的“微粒说”，这在一定程度上反映了光的本 性，并于1704年出版了《光学》一书牛顿 Isaac Newton (1642～1727)在热学方面，牛顿于1701年发现了冷却定律 在数学方面，牛顿提出 “流数法” （即今微分学） 建立了二项式定理，并和莱布尼茨同时创立了微 积分学，开辟了数学上的一个新纪元1687年出 版了科学名著《自然哲学的数学原理》，在这本 书里，他用数学解释了哥白尼学说和天体运动的现象，阐明了运动三 定律和万有引力定律等牛顿哲学思想属于自发的唯物主义，但却形 而上学地提出所谓绝对时间和绝对空间的观点，他还认为一切行星都 是在某外来的“第一推动力”作用下，由静止开始运动的晚年埋头编 写以神学为题材的著作牛顿的很多成就是在25岁前闲居故乡的两年 中完成的（如发明微积分和二项式定理，用棱镜分析日光，思考万有 引力定律等）1668～1705年他以剑桥大学代表的身份当上了英国国 会议员，1699年被任命为造币厂厂长。

1703年起担任伦敦皇家学会会 长（直到逝世），1705年被英国女皇授以爵士称号逝世以后还以对 国有功的伟人葬于威敏斯特教堂牛顿终身未婚， 在病笃时有句名 言：“若我比别人更有远见，只因我站在巨人的肩上 ”为了纪念他， 力的国际制单位就以他的姓氏命名杨氏 Thomas Young (1773～1829)英国物理学家 1796 年获哥丁根大学博士学位1799年完成双缝干涉实验；1801年描述散光现象，提出了色觉理论公式后任皇家研究院物理教授及皇家学会秘书在生理学方面也有研究菲涅耳 Augustin Jean Fresnel (1788～1827)法国物理学家、数学家1806年毕业于 巴黎工科大学1823年被选为巴黎科学院院 士1825年当选为伦敦皇家学会的委员菲 涅耳主要从事于光的本性的研究他曾用自 己设计的光的干涉实验，证实了光的波动性，提出了相干条件 ，他对惠更斯原理的内容进行了补充和推广，建立了惠更斯— 菲涅耳原理他在光的偏振及双折射现象方面也有一定的研究 成果，1817年获得英国皇家学会的奖章著有《光的衍射》一 书马吕斯 Etienne Louis Malus (1775～1812)法国物理学家及军事工程师。

毕业于军校并服务于陆军，任军官，并致力于光学研究1810年他在第一篇论文中阐明了偏振光通过透明介质后其强度如何变化（即马吕斯定律），并对双折射理论有贡献因此被选入法国科学院，并获伦敦皇家学会奖章爱因斯坦 Albert Einstein (1879～1955) 20世纪最伟大的理论物理学家1879年3月14日生于德国乌尔姆的一个德籍犹太人 家庭他少年时代就对自然科学，特别对数 学感兴趣1900年由苏黎世工业专门学校毕 业后到伯尔尼专利局当一名低级职员1909年后担任苏黎世大 学、布拉格大学 等校教授1913年回到德国，被选为普鲁士 科学院院士，并担任威廉物理研究所所长和柏林大学教授 1933年因受纳粹政权的迫害而迁居美国成为普林斯顿研究所的 研究员1940年加入美国籍爱因斯坦对物理学的贡献极大 首先，他发展了普朗克的量子论，提出了光量子的概念，并用 量子理论解释了光电效应、辐射过程和固体的比热等，得出了 光电效应的爱因斯坦方程他因此而获得1921年度的诺贝尔物 理学奖 爱因斯坦 Albert Einstein (1879～1955) 其次，他创立了相对论1905年爱因斯坦在著名论 文《论运动物体的电动力学》中，揭示了狭义相对论的 基本理论，即相对性原理和光速不变原理。

1916年又发 表了《广义相对论原理》，包括广义相对性原理和等效 原理爱因斯坦相对论的建立是人类对自然认识过程的 一个飞跃相对论所预言的水星近日点的进动、恒星光谱线红移和经过太 阳附近的光线弯曲三个效应，都已得到圆满的解释和证实另外，1905年 爱因斯坦在其《物体的惯性是否决定于它所含的能量》的论文中提出质量 和能量是可以互相转换的，并给出著名的爱因斯坦质能关系式这个公式 成为人们研究释放原子核能的钥匙此外，爱因斯坦还用原子论解释布朗 运动爱因斯坦的后半生致力于“统一场论”的研究，试图把电磁场和引力 场统一起来，但未取得重大成果爱因斯坦一生经历两次世界大战，他反 对帝国主义战争，谴责日本帝国主义对中国的侵略1939年8月2日曾写信 给美国总统罗斯福，提醒他希特勒德国正致力于研究原子核能，制造毁灭 性武器 于是罗斯福决心制造原子弹， 耗资20亿美元，于1945年在新墨 西哥州试验成功爱因斯坦一生简朴，临危之时要求死后火化，不举行任 何仪式1955年4月18日逝世于普林斯顿麦克斯韦 James Clerk Maxwell (1831～1879) 英国物理学家和数学家毕业于剑桥大学 1856年任玛利亚学院的自然哲学讲座教授。

1860 年担任伦敦皇家学院物理学教授1871年成为剑 桥大学教授，创立著名的卡文迪许实验室，并成 为第一任负责人他还是伦敦皇家学会的会员 他在法拉第工作的基础上，总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研究 成果，建立了完整的电磁场基本方程（麦克斯韦方程组），并由此理 论预言了电磁波的存在不久，赫兹用实验证实了电磁波的存在，从 而导致无线电通讯技术的发展他还提出光的本性是电磁波的理论， 并提出了光压现象的预言，后被俄国物理学家列别捷夫所证实他还 利用数学统计的方法，导出了气体分子运动的速率分布统计规律（麦 克斯韦速率分布律）此外，他对弹性理论、天文学和数学等都有很 深入的研究他一生写了大量著作， 主要有 ：《电学和磁学论》、 《热的理论》、《物质与运动》和《电研究》等为纪念他的功绩， 高斯单位制中磁通量的单位就以他的姓氏命名普朗克 Max Planck (1858～1947) 德国物理学家先后在慕尼黑和柏林受大学教育，毕业后，在物 理学家亥姆霍兹和基尔霍夫指导下，从事研究工作1889年任柏林大 学教授1912年被选为普鲁士科学院院士1926年被选为英国伦敦皇 家学会外国会员普朗克的主要成就是对黑体辐射的研究。

1900年， 他为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上的困难，在《正常光谱 中能量分布律的理论》论文中提出了普朗克量子假说，并引进了一个 表征微观现象量子特征的物理普适常数，即普朗克恒量他从理论上 导出了黑体辐射的能量按波长分布的公式，称为普朗克公式普朗克 的量子假说对现代物理学，特别是量子论的发展起了重大的作用普 朗克因此获得1918年度诺贝尔物理学奖此外，普朗克是第一批立即 承认并捍卫爱因斯坦相对论的物理学家之一他的著作《相对论原理 和基本力学方程》是他对相对论力学的创立所作的贡献普朗克的主 要著作还有：《热力学讲义》、《热辐射理论》、《理论物理学讲义 八篇》等肖洛A. L. Schawlow （1921~1999）美国物理学家，发明高分辨率激光光谱仪，获得1981年诺贝尔物 理学奖。