文档介绍：第三章人类对光和光的本性的认识
光学和几何学、天文学、力学一样,是一门有悠久历史的学科,也是当前科学领域中最活跃的前沿阵地之一。
光学的发展史,大体可分为五个时期。
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萌芽时期
从我国春秋战国的墨翟(公元前468-376)开始直到以后的二千年之间,可谓光学的萌芽时期。它是光学发展史上缓慢前进的年代。在这一时期中,一方面对光的直线传播、反射和折射现象进行了实验和观察;另一方面,由于生产和生活的需要,发明了透镜、凹面镜,并应用于实际。
萌芽时期
最早且有据可查的是我国春秋战国时期的墨翟及其弟子的工作。
欧几里德(古希腊,公元前330—275)也提出了光的直线传播性,他在《光学》一书中写道:“我们假想光是以直线进行的,在线与线间还留出一些空隙来,光线自物体到人眼成为一个锥体,锥顶在人眼,锥底在物体,只有被光线碰上的东西才给我们看见,没有碰上的东西就看不见了”。
萌芽时期
公元二世纪,托勒密(希腊人,公元70-147)研究了折射现象,写了《光学》一书,书中记载光由空气进入水中的入射角和折射角,得出一系列数据。他认为折射角和入射角成正比。
阿尔一哈金(阿拉伯人,公元 965-1038)首先发明了凸透镜,并对它进行了实验研究,所得的结果接近于近代关于凸透镜的理论。
萌芽时期
1299年,阿玛蒂(十三世纪)发明了眼镜。因此到15世纪和16世纪纪,凹面镜,凸面镜,眼镜,透镜等光学元件已相继出现。
我国宋代的沈括(1031—1095)在《梦溪笔谈》中,记载了极为丰富的几何光学知识。
我国元代的自然科学家赵友钦(1279—1368)著有《革象新书》,书中记有“小罅光景”的大型光学实验,其中讨论了物体表面照度与光源发光强度以及距离之间的关系。
几何光学时期
从时间上来看,大约包括十七、十八两个世纪,这是光学的转折时期。在这期间建立了光的反射定律和折射定律,为几何光学奠定了基础。同时为了扩大人眼的观察能力,出现了一些光学仪器。
如李普塞(荷兰人,1587-1619)所制作的第一架望远镜的诞生、促进了天文学和航海事业的发展,延森(1588—1632)和冯特纳(1580-1656)最早制作了复合显微镜,为生物学的研究提供了强有力的工具。
几何光学时期
1609年,伽里略(意大利人, 1564—1642)制造了用凸透镜做物镜,用凹透镜做目镜的伽里略望远镜。他的不朽的功勋之一是第一个把望远镜指向天空,当时的目的是为了证实哥白尼(波兰人。 1473—1543)的日心说。
开普勒(德国人,1571—1630)汇集前人的光学知识,于1611年发表了《屈光学》一书。书中记载:他研究了折射现象,断定托勒密关于折射定现的结论并不正确,
折射定律的建立
有两个创始人,一个是荷兰数学家斯涅耳(荷兰人, 1591-1626),斯涅耳于 1621年,从实际测量中抽象出这一定律,这一定律的表述是在斯涅耳去世后,于1626年在他的遣稿中找到的。
另一个是苗卡儿(法国人,1596—1650),笛卡儿虽然倾向于光的波动说,但在解释光的折射时,又把光看作由无数小球组成。因此,他是从光的微粒观念中推导出折射定律的。在1637年出版的《折光学》一书中,他第一个正式公布具有现代形式的折射定律,把余割之比换成了正弦之比。
几何光学时期
费马(法国人,1601一1665)在1657年,首先指出光在介质中传播时,所走路程取极值的原理,并根据这个原理,推导出光的反射定律和折射定律。
到十七世纪中叶,已经建立了光的反射和折射定律,从而奠定了几何光学的基础。
以上理论是从光的直线传播作为基础的,但在实际观察中也存在违背这一原则的现象。如格里马(意大利人,1618—1663)等人首先观察到衍射现象。
几何光学时期
胡克(英国人,1635-1703)也观察到了衍射现象,并和玻义耳(英国人, 1627—1691)独立地研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹。以上这些都是波动光学的萌芽。
到了十七世纪后半叶,牛顿(英国人,1643-1727)和惠更斯( 荷兰人, 1629一1695)等对光的研究,才真正把光学引上了发展的道路。