光的干涉的研究历史及发展

本科生毕业论文（设计）（2016）届论文（设计）题目：光的干涉的研究历史及发展学院：物理科学与技术学院专业：科学教育学号：201210800112姓名：罗舒雲指导老师姓名及职称：秦子雄目录【内容摘要】................................................................3【关键词】..................................................................31绪论......................................................................31.1研究对象.............................................................................................................................31.2研究意义.............................................................................................................................31.3写作思路.............................................................................................................................31.4研究方法.............................................................................................................................42提出背景——微粒说和波动说之争.............................................42.1牛顿：微粒说.....................................................................................................................42.2惠更斯：波动说.................................................................................................................43光的干涉的首次发现历史——杨氏双缝实验.....................................53.1光的干涉的建立起源.........................................................................................................63.2从定义出发探讨光的干涉.................................................................................................63.3从原理出发探讨光的干涉.................................................................................................73.4光的干涉当时解决的困难.................................................................................................83.4.1首次测出光波的波长..............................................................................................83.4.2测薄片的厚度和折射率..........................................................................................93.4.3测量长度微小改变量..............................................................................................93.5光的干涉重大性意义.........................................................................................................94应用.....................................................................104.1高精度曲率半径干涉测量技术.......................................................................................104.2光纤干涉传感器...............................................................................................................115结束语...................................................................123光的干涉的研究历史及发展专业：科学教育学号：201210800112学生姓名：罗舒雲指导老师：秦子雄【内容摘要】光的干涉在光学史上具有承上启下的重大意义，现代物理学中将光的干涉作为光的波动性的最具说服力的说法，光的干涉不仅反驳了坚不可摧的牛顿微粒说，奠定了波动说的基础，为之后光的偏振、衍射以及往后的光学研究等提供了理论依据。所以说，光的干涉是一个值得深入研究的一个方向，本文主要写作方向是通过写光的干涉的提出背景、定义、原理的建立、解决的问题等来叙述光的干涉的研究历史及其发展，写作方法是翻阅书籍，查找相关文献，老师的指导等。【关键词】光的干涉；托马斯·杨；历史；发展；1绪论1.1研究对象光的干涉的研究历史及其发展1.2研究意义研究光的干涉的历史及其发展是一个非常有意义和价值的方向，首先，光的干涉是物理学史上的一个转折：悍动了人们坚持了一个世纪之久的伟大的物理学家牛顿的“微粒说”，支持了惠更斯的“波动说”，证实了光是一种波，而非粒子。光的干涉解决了测量波长，薄片的厚度和折射率以及发展到今天有各种干涉仪的精密测量和激光干涉收益了千家万户。1.3写作思路首先在毕业选题时我选题内容是有关光的干涉及其应用，首先我确定中心论点：光的干涉，对于光的干涉的众多内容中，我写的主要重点放在：光的干涉的物理学史上，在对内容提纲进行整理时进而确定了我的论文题目是：光的干涉的研究历史及其发展，通过语言的提炼以及写法的比对和几次的修改，我的写作线4索和思路定在了光的干涉的提出背景定义、原理起源的建立、解决的问题及其应用几个方面进行撰写论文。1.4研究方法写论文的过程中我主要用了查找文献资料法和导师指导这两种方法。检索和查阅国内外有关光的物理学史的相关书籍，把相关光的物理学史上的相关光的干涉的内容的历史背景、研究成果的内容大致看了一遍并记录，通过书本了解了光的干涉之后然后进行写作。在写作过程中，在本人定下论文题目后，拟大纲的时候在导师的细心指导下修改了大纲所写的偏离主题的情况，接着我继续修改后，导师发现了中心不突出的问题,指出并给出相关提示，在我完成此篇毕业论文的写作的过程中非常感谢我的导师秦子雄的细心指导。2提出背景——微粒说和波动说之争2.1牛顿：微粒说在17世纪的时候，对于光的性质的说法，英国著名物理学家且享有皇家协会会长在光学上有显著成就的科学巨人牛顿（IsaacNewton，1643-1727）是这样认为的：光的微粒说是光像一粒粒子弹一样的一束粒子流，而且它是本身能自行发光的物体发出来的光发出来的微粒，所以进入我们的眼睛时，是能发光发亮的，在传播的过程中保持着一定的速度。[1]1672年，他发表的《关于光和色的新理论》的论文里提出了他的光的本质微粒说。牛顿的“微粒说”深入浅出阐明了光的直进性、反射现象，由于用粒子解释光的反射的本质是一样的所以较容易解释了这两种观点。因为微粒说深入浅出,并且可以反映出有些光学现象的原因,再加上牛顿是物理学界的鳌头坚不可摧，不久就得到了大家的认可和拥护。在随后的一个世纪以来,,物理学家们对光学的认识并没有更上一个新的台阶。然后，牛顿提出的“微粒说”并不是可以解释全部现象的，举些例子来说，微粒说在解释无法解释光在不同的介质发生的两种现象：折射和反射，还有不同的光在相遇后互不影响又继续向前传播的现象。2.2惠更斯：波动说5为了解释这些现象，和牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯(ChristiaanHuyg(h)ens，1629-1695)，提出了与微粒说相对立的波动说。惠更斯的观点是光一种波而非粒子流，光像声音一样由于物体的振动产生的，但不一样是光是发光物体的振动所引起的，凭借着一类异常的东西叫做“以太”的带有弹性物体而传播的。[2]惠更斯的波动说首先清楚地阐释了光的反射和折射现象，但是不同的是惠更斯对水和空气的折射率的想法是V水﹤空气，不过这样的说法，在当时并不知道是惠更斯的正确或者是牛顿的正确，人们无法有根据，并且波动说阐明了光在不同的介质发生的两种现象：折射和反射，还有不同的光在相遇后互不影响又继续向前传播的现象。这两种到底哪种更为可行更对物理学界有益在当时的世纪产生了非常轰动的激烈讨论，但是一直没有什么实验或者其他说法能证明这两个观点到底是哪个有问题，不过，对于这微粒说和波动说这两种观点，相对来说，人们还是比较愿意相信牛顿的微粒说，因为“站在大树底下好乘凉”，所以有了支持微粒说的派别。到了18世纪，这个微粒派有没有改变呢？其实在这将近一百年的时间里，有关光的性质没有什么突破性的实验和说法。相对落后的实验仪器和条件的限制，在人们还不知道第一光在水中的折射率和光在空气的折射率哪个更大，还有光在空气中的传播速度是多少，这些问题的没有解决限制了很多实验的进行。虽然惠更斯的波动说能够解释光的折射和反射现象以及几束光波相遇时不干扰并且向前传播的这些现象。但是这种说法还是有很多不足的，它还没有找到解决光的直进以及薄膜在太阳底下颜色改变的原因以及光在水中的传播速度是多少等等一系列的问题，惠更斯的波动说并没有解决出来。各种各样的原因，在18世纪的时候，波动说慢慢地就没有人提及了，人们更多的是相信牛顿的微粒说，于是在18世纪，牛顿的微粒说盖过了惠更斯的波动说，成为了引领物理学史上的科学大树。在18世纪，被打压的波动说失去了活力，但是属于它的19世纪来临了，在19世纪，光的波动说掀开了它崭新的一页，它已经比微粒说更胜一筹，人们开始接受并且认同光的波动说的存在。3光的干涉的首次发现历史——杨氏双缝实验63.1光的干涉的建立起源最首先质疑牛顿的微粒说的是是牛顿的同行英国物理学家托马斯·杨.(ThomasYoung，1773-1829)。在1801年，年轻的托马斯·杨面对牛顿如日中天的气势，一针见血地说:“无论牛顿在学界上是多么赫赫有名，然而我不认为他的说法观点一定都是正确的，对于他的微粒说的错误，我很庆幸自己能发现而且能指出来，在这点的认识上，我觉得有时候一个人的权威有时候会牵涉到科学的进步。”牛顿的“微粒说”并没有解决几束光波相遇后并没有相互影响而后