光学研究中的辩证思维样本

1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。光学研究中的辩证思维萌芽时期在光的萌芽时期, 对光的认识是建立在直觉感官之上的。一、 光的直线传播直觉感官: 在森林中有雾气的时候, 能够看到一条明显的光束; 激光照射; 补充: 图片资料。科学实验: 小孔成像原理。早期记载: 春秋战国时期墨经: 景, 光之人, 煦若射, 下者之人也高; 高者之人也下, 足避下光, 故成景于上; 首避上光, 故成景于下。补充: 照片资料二、 对视觉和颜色的认识目以火见, 指出看见物体需要光。光的颜色;彩虹。( 补充, 图片资料) 。毛泽东: 菩萨蛮大柏地赤橙黄绿青蓝紫, 谁持彩练当空舞。说明光中蕴含

2、着不同的颜色。三、 光的反射及其应用照镜子( 补充: 图片资料) 欧阳修新唐书: 以铜为鉴, 能够正衣冠, 以人为鉴, 能够明得失; 以史为鉴, 能够知兴替。四、 关于成影现象的认识立竿见影, 日晷, 白天黑夜。( 补充: 图片资料) 五、 对大气光学现象的探讨光晕、 彩虹、 海市蜃楼、 北极光等。几何光学时期光学发展史上的转折点, 由现象逐渐到本质的过程。一、 光学仪器的创造与应用荷兰人李普塞在16 创造第一架望远镜。在整个17世纪, 荷兰是世界上最强大的 HYPERLINK t _blank 海上霸主, 因此, 被称为海上马车夫。二、 光的反射和折射定律开普勒在16 发表著作折光学, 提出

3、照度定律; 之后笛卡尔和费马用精确地公式给出光的反射和折射定律。反射定律: 折射角等于入射角。折射定律: 入射角与折射角的正弦值在一定的两种介质中比值是一个定值。补充: 黑板上画图讲解。几何光学是建立在直线几何的基础之上的, 满足几何直线的性质。从宏观上来说, 光就是一条直线( 射线) 。到十七世纪中叶, 基本上已经奠定几何光学的基础。三、 对光的本质的探索牛顿的光学微粒学说和惠更斯的以太波动说。牛顿的微粒学说: 牛顿于公元17 出版的 HYPERLINK t _blank 光学, 提出了光是微粒流的理论, 她认为这些微粒从光源飞出来。在 HYPERLINK t _blank 真空或均匀 HY

4、PERLINK t _blank 物质内由于 HYPERLINK t _blank 惯性而作 HYPERLINK t _blank 匀速直线运动, 并以此观点解释 HYPERLINK t _blank 光的反射和折射定律。然而在解释牛顿圈时, 却遇到了困难。同时, 这种 HYPERLINK t _blank 微粒流的假设也难以说明光在绕过障碍物之后所发生的 HYPERLINK t _blank 衍射现象。惠更斯的波动说: 惠更斯反对 HYPERLINK t _blank 光的微粒说, 1678年她在论光一书中从声和光的某些现象的相似性出发, 认为光是在”以太”中传播的波所谓” HYPERLIN

5、K t _blank 以太”则是一种假想的弹性媒质, 充满于整个 HYPERLINK t _blank 宇宙空间, HYPERLINK t _blank 光的传播取决于”以太”的弹性和密度运用她的波动理论中的次波原理, 惠更斯不但成功地解释了 HYPERLINK t _blank 反射和折射定律, 还解释了方解石的双折射现象但惠更斯没有把波动过程的特性给予足够的说明, 她没有指出 HYPERLINK t _blank 光现象的周期性, 她没有提到波长的概念她的次波 HYPERLINK t _blank 包络面成为新的波面的理论, 没有考虑到它们是由 HYPERLINK t _blank 波动按

6、一定的位相叠加造成的归根到底仍旧摆脱不了几何 HYPERLINK t _blank 光学的观念, 因此不能由此说明 HYPERLINK t _blank 光的干涉和衍射等有关光的波动本性的现象牛顿和惠更斯在探索光的本质的过程中尽管都没有得出正确的答案, 但却做出了有益的尝试, 而且这也预示出了光的本质的复杂性。波动光学时期一、 托马斯杨杨氏干涉、 菲涅耳惠更斯菲涅耳原理: 解释光的的干涉、 衍射和直线传播现象。杨氏双缝干涉实验: 即双缝实验, 著名光学实验, 在18 , 托马斯杨总结出版了她的自然哲学讲义, 里面综合整理了她在光学方面的工作, 并在里面第一次描述了双缝实验: 把一支蜡烛放在一张

7、开了一个小孔的纸前面, 这样就形成了一个 HYPERLINK t _blank 点光源( 从一个点发出的光源) 。现在在纸后面再放一张纸, 不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上, 就会形成一系列明、 暗交替的条纹, 这就是现在众人皆知的 HYPERLINK t _blank 双缝干涉条纹。菲涅耳惠更斯原理: 菲涅耳于18 以杨氏干涉原理补充了 HYPERLINK t _blank 惠更斯原理, 由此形成了今天为人们所熟知的 HYPERLINK t _blank 惠更斯-菲涅耳原理, 用它可圆满地解释 HYPERLINK t _blank 光的干涉和 HY

8、PERLINK t _blank 衍射现象, 也能解释 HYPERLINK t _blank 光的直线传播 。二、 法拉第、 韦伯、 麦克斯韦、 赫兹: 解释光的偏振、 偏振光的干涉, 提出光是一种电磁现象。1846年, HYPERLINK t _blank 法拉第发现了光的振动面在 HYPERLINK t _blank 磁场中发生旋转; 1856年, HYPERLINK t _blank 韦伯发现光在真空中的速度等于电流强度的 HYPERLINK t _blank 电磁单位与 HYPERLINK t _blank 静电单位的比值。她们的发现表明 HYPERLINK t _blank 光学现象

9、与磁学、 HYPERLINK t _blank 电学现象间有一定的内在关系。 1860年前后, HYPERLINK t _blank 麦克斯韦的指出, 电场和磁场的改变, 不能局限于空间的某一部分, 而是以等于 HYPERLINK t _blank 电流的电磁单位与静电单位的比值的速度传播着, 光就是这样一种 HYPERLINK t _blank 电磁现象。这个结论在1888年为 HYPERLINK t _blank 赫兹的实验证实。然而, 这样的理论还不能说明能产生象光这样高的 HYPERLINK t _blank 频率的电振子的性质, 也不能解释 HYPERLINK t _blank 光的

10、色散现象。到了1896年 HYPERLINK t _blank 洛伦兹创立 HYPERLINK t _blank 电子论, 才解释了发光和 HYPERLINK t _blank 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。至此, 物理学家已经证实光是一种波, 而且是电磁波, 具有波动性。新问题: 黑体辐射、 光电效应黑体辐射: 19世纪末, 卢梅尔( 18601925) 等人的著名实验黑体辐射实验, 发现黑体辐射的能量不是连续的, 它按波长的分布仅与黑体的温度有关。从经典物理学的角度看来, 这个实验的结果是不可思议的。怎样解释黑体辐射实验的结果呢? 当时, 人

11、们都从经典物理学出发寻找实验的规律。前提和出发点不正确, 最后都导致了失败的结果。例如, 德国物理学家维恩建立起黑体辐射能量按波长分布的公式, 但这个公式只在波长比较短、 温度比较低的时候才和实验事实符合。英国物理学家瑞利和物理学家、 天文学家金斯认为能量是一种连续变化的物理量, 建立起在波长比较长、 温度比较高的时候和实验事实比较符合的黑体辐射公式。可是, 从瑞利金斯公式推出, 在短波区( 紫外光区) 随着波长的变短, 辐射强度能够无止境地增加, 这和实验数据相差十万八千里, 是根本不可能的。因此这个失败被埃伦菲斯特称为”紫外灾难”。它的失败无可怀疑地表明经典物理学理论在黑体辐射问题上的失败

12、, 因此这也是整个经典物理学的”灾难”。物理天空中的两朵小乌云: 19世纪的最后一天, 英国著名物理学家开尔文在新年祝词中称: ”物理大厦已经落成, 只剩下一些修饰工作, 可是物理的美丽而晴朗的天空仍旧飘着两朵小乌云。”第一朵乌云: 迈克尔逊-莫雷实验与以太说的破灭。物理学家认为光之因此能够从太阳上传播到地球, 是因为宇宙中有一种介质, 即以太。可是之后被迈克尔逊和莫雷的”以太飘移”实验证明宇宙中不存在以太。第二朵乌云: 黑体辐射与紫外线灾难。尽管这两个物理问题在当时看来只是物理天空中飘着的两朵小乌云, 但随后这两朵小乌云却引来一阵物理学界的狂风暴雨, 随后诞生的量子力学和爱因斯坦的相对论,

13、使为牛顿经典力学所所统治的力学产生革命性的突破。光电效应: 光电效应是 HYPERLINK t _blank 物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的 HYPERLINK t _blank 电磁波照射下, 某些 HYPERLINK t _blank 物质内部的 HYPERLINK t _blank 电子会被光子激发出来而瞬间( 十亿分之一秒) 形成电流, 即光生电。 HYPERLINK t _blank 光电现象由 HYPERLINK t _blank 德国 HYPERLINK t _blank 物理学家 HYPERLINK t _blank 赫兹于1887年发现, 而正确的解释为 H

14、YPERLINK t _blank 爱因斯坦所提出。 HYPERLINK t _blank 科学家们在研究光电效应的过程中, 物理学者对 HYPERLINK t _blank 光子的量子性质有了更加深入的了解, 这对 HYPERLINK t _blank 波粒二象性概念的提出有重大影响量子光学时期一、 普朗克提出辐射的量子论: 近代物理学的起点19 德国科学家马克斯普朗克提出了一个大胆的假说, 认为 HYPERLINK t _blank 黑体辐射中的 HYPERLINK t _blank 辐射能量是不连续的, 而是由小微粒组成的, 她把这种小微粒叫做 HYPERLINK t _blank 量子

15、, 而且所有能量只能取能量 HYPERLINK t _blank 基本单位的 HYPERLINK t _blank 整数倍, 这一假设在科学界石破天惊, 一鸣惊人。普朗克的假说与经典的光学说和 HYPERLINK t _blank 电磁学说相对立, 以至于当初大多数物理学家( 包括普朗克本人在内) 都认为这一假说不过是适应面很窄的一个数学假设。虽然这一假说听起来很离奇, 可是在这种特殊情况下却推导出了正确的公式, 而且能能很好的解释一些经典电磁力学无法解释的物理现象。二、 爱因斯坦运用量子论解释光电效应。按照粒子说, 光是由一份一份不连续的光子组成, 当某一光子照射到对光灵敏的金属(如硒)上时

16、, 它的能量能够被该金属中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量后, 动能马上增加;如果动能增大到足以克服原子核对它的引力, 就能在十亿分之一秒时间内飞逸出金属表面, 成为光电子, 形成光电流。单位时间内, 入射光子的数量愈大, 飞逸出的光电子就愈多, 光电流也就愈强, 这种由光能变成电能自动放电的现象, 就叫光电效应三、 康普顿效应1923年, HYPERLINK t _blank 美国物理学家 HYPERLINK t _blank 康普顿在研究 HYPERLINK t _blank x射线经过实物物质发生散射的实验时, 发现了一个新的现象, 即散射光中除了有原波长0的x光外, 还产生了波长

17、0 的x光, 其波长的增量随散射角的不同而变化。四、 德布罗意波结论: 光具有波粒二象性。综述知识点: 辩证法的三大基本规律: 矛盾的对立与统一、 质量互变规律、 否定之否定。对立统一揭示了事物内部对立双方的统一和斗争是实物普遍联系和发展的根本内容, 是事物发展的源泉和动力; 质量互变规律揭示了一切事物运动、 发展、 变化的两种状态, 即质变和两边以及她们之间的内在联系和规律性; 否定之否定揭示了事物由矛盾引起的发展, 即由肯定-否定-否定之否定的螺旋式的前进运动。结合实例: 矛盾的对立与统一: 在光的研究过程中, 首先由牛顿和惠更斯分别提出了光学的微粒学说和波动学说, 并认为两种观点非黑即白

18、, 互相排斥, 具有不可调和的矛盾。可是之后的研究发现, 光不但具有波动性, 还具有粒子性, 也即波粒二象性。这说明一件事物自有其矛盾的有一面, 这种矛盾处于对立与统一的斗争之中, 最终促使事物不断的发展。运用: 税收造成的无谓损失税收经过转移支付用于修建公共设施或者提高社会福利能够给人们生活带来好处, 但同时税收会增大纳税人的经济负担, 降低其生产的积极性, 造成无谓损失。这说明一项政策制度不可能有益无害, 要衡量一个制度的好坏, 就要充分考虑到其矛盾的两面, 在其中做好权衡。生物中的负反馈调节( TRH&RSH) TRH(促甲状腺激素释放激素)由下丘脑释放, 作用于垂体, 使垂体释放TSH

19、( 促甲状腺激素) , TSH作用于甲状腺, 使甲状腺释放甲状腺激素。可是反过来, 甲状腺激素能够抑制TRH&TSH的释放, 防止TRH&TSH的过度释放, 导致甲状腺生长及分泌激素异常。( 异常症状如大脖子病、 甲亢) 可逆反应略。质量互变规律: 在光学研究的发展中, 德布罗意提出, 波粒二象性不但仅是光所有的性质, 任何实物粒子都具有波粒二象性。之因此我们看不出实物粒子的波动性, 是因为其相对于光子的速度较小, 体积较大。因此当速度逐渐增大, 体积逐渐减小时, 在量上的改变最终会导致质的改变改变, 比如, 光无法静止。运用: 达尔文的生物进化论物种的基因处在不断地突变之中, 当突变的基因累计到一定量的时候, 物种之间就会发生生殖隔离, 原本完全一样的物种最终会进化成两种不同的物种, 这也有了自然界各种各样的生物。极限思维略。一万个小时理论指出在某一方面连续投入一万个小时以后, 随着投入量的积累, 最终会使你在那一个方面有很高的造诣, 产生质的跃迁, 这在我们的学习生活之中具有很强的指导意义。否定之否定: 否定之否定实际上是一个突破片面局限, 不断接近事实真相的过程, 也是一个扬弃的过程。在光学研究中, 我们看到, 起初囿于科技水平, 牛顿和惠更斯都没有提出正确的观点, 而且片面的认为光要么只有粒子性, 要么只有波动性。可是在之后的