《认识光和电》PPT课件

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1、第六章认识电与光世界无处不用电主要内容介绍光的微粒说与波动说的建立与斗争介绍光速的测量与“约定论”简介电磁学实验规律与理论的建立简介波粒二象性简介激光牛顿对光的颜色理论有什么贡献？双缝干涉实验的光为什么必须来自同一光源？如何理解真空中的光速值是一个“约定”？从法拉第与麦克斯韦的成功，你悟出了什么道理？最基本的电磁规律有哪些？什么实验启发麦克斯韦推测光波就是电磁波?思考题生活在1600年前后的英国哲学家培根有一句名言：“知识就是力量”。他在“新大西岛”一书中，假想了一个科学技术高度发达的理想王国，

2、该王国由居住在“所罗门宫”的一批科学家管理。1光的微粒说压倒波动说培根几十年后，英国学者们就模仿“所罗门宫”自发成立了一个“无形学院”，它完全是一个民间组织，学者们定期举行聚会，进行科学交流和探讨。1663年，“无形学院”被英王查理二世正式承认，成为英国“皇家学会”。皇家学会胡克以发现弹性定律而著称于世。他同时也是光的波动说的最早倡议人之一。在胡克之前，笛卡儿就主张光的波动说，他认为光是一种“压力”，在完全弹性的“以太”中传播，传播速度为无穷大。胡克则明确提出光是一种在媒质中传播的“振动”，类似

3、于水波。光类似水波牛顿不同意胡克和惠更斯的波动说，他认为光不是波动，而是微粒（光子）。光子从光源射出，进入观测者眼睛，传递过来的是实实在在的微粒流，光传递是真实的物质传递。微粒说牛顿的微粒说能够解释光的直线传播、反射、折射等现象。而且不存在上述波动说的某些“困难”。牛顿继承了笛卡尔、胡克与巴罗等人对彩虹、棱镜和光学仪器的研究，探讨了光的色散现象。光的色散重大的转折发生在1801年，那一年托马斯∙杨完成了光的双缝干涉实验，干涉现象是微粒说无论如何无法解释的，波动说终于战胜了微粒说。2光的波动说战胜

4、微粒说托马斯杨托马斯·杨先当医生，研究视觉，发现了眼睛散光的原因，转而研究光学，完成了光的双缝干涉实验。他认识到光是横波，并提出了颜色的三色原理。杨氏双缝实验由于牛顿在学术界的崇高威望，神童托马斯∙杨振兴波动说的努力并非一帆风顺。托马斯∙杨在1801年的论文中指出了做成双缝干涉实验的一个关键：相互干涉的两束光虽然来自S1、S2两个不同的缝，但它们必须产生自同一个光源。杨氏双缝实验后来的研究表明，相互干涉的光必须有相同的频率、相同的偏振和相对稳定的位相差，来自不同光源的光往往做不到这点，因此必须用

5、同一光源的光。近代的研究指出了更为深刻的原因：干涉是一个光子自身与自身相干。同一个光子不可能来自不同的光源，所以干涉实验中采用来自同一光源的光是一个必要条件。杨氏双缝实验与此同时，法国物理学家菲涅尔也独立地对光的波动说做出了贡献。菲涅尔可不是神童，相反他是一个显得迟钝的孩子，身体也不好，还曾因反对拿破仑蹲过一段时间监狱。他靠着自己的刻苦努力走进了科学的殿堂。波粒二相性泊松用菲涅尔理论计算了当一个小圆盘阻挡在光路上的时候的衍射图像，他得到一个惊人的结果：当小盘与屏幕的间距为某一值时，小盘在屏幕上的

6、暗影的中心会出现一个明显的亮点。这怎么可能呢？泊松武断地认为：这一“荒谬”结果说明菲涅尔的波动理论完全错误。阿拉果决定做实验检验一下，结果暗影的中心真的出现了亮点，菲涅尔理论完全正确！这一成就震惊了学术界。后人把这一亮点戏剧性地称为“泊松亮点”。不过，这一亮点也确实是泊松首先用菲涅尔理论算出的。泊松亮斑在惠更斯时代，有一位叫罗默的人通过对木星卫星的观测，测出了光的传播速度。他于1676年测得的光速约为20万千米/秒，虽然误差很大，但毕竟数量级正确。3光速的测定与约定罗默罗默是通过木卫（木星卫星）

7、被木星遮挡而出现的卫星蚀现象来估算光速的。他首先注意到不同日期观测到的木卫蚀现象，存在时间差，他认为这是由于不同日期地球在公转轨道上的位置不同，造成到木星的距离不同，只要光速不是无限大，这一距离差就将导致光从木星传播到地球的时间产生一个差值。罗默测定光速方法罗默认为，观测木卫蚀现象的时间差，是由于光速有限造成的，可以用这一时间差和木地距离差反过来测定光速。他经过仔细计算，预言即将发生的一次木卫蚀现象会推迟10分钟。木星卫星在科学史上迈克耳孙以实验精密而著称。他采用旋转棱镜法测光速，两个凹面镜分置

8、于相距35公里的两座山上。他的上述测量值已非常接近今天的公认值。目前国际上公认的光速值是1973年测定的，为2.99792458ⅹ108米/秒。1983年国际科技数据委员会又反过来用真空中的光速定义距离，规定光在秒内走过的距离为1米。1986年又规定1973年测定的光速值为精确值，于是真空中的光速值从此以后不再变动。光速人类对电和磁的认识可以追溯到2千多年前。古代的中国人和希腊人早就知道静电现象,知道磁石的吸引和排斥现象。中国发明的指南针就是一个证明。然而,对电和磁进行科学、系统的研究,则是在文