第1講教案緒論麥克斯韋方程組及電磁場的波動性

文檔編碼:CN6V1P2L8B2——HC8R1Q2F1J5——ZS3Q6M6B1K1第1講教案題目2緒論、麥克斯韋方程組及電磁場的波動性本講方案學(xué)時(shí)對應(yīng)教材章〔課〕節(jié)緒論、第1章第1節(jié)1、明白光學(xué)進(jìn)展史和現(xiàn)代光學(xué)的進(jìn)展?fàn)顩r；教學(xué)目的 2、建立光是一種電磁現(xiàn)象的理念； 3、熟識麥克斯韋方程組的兩種形式；教學(xué)進(jìn)程序號本講主要環(huán)節(jié)（內(nèi)容）時(shí)間〔分〕緒論1光學(xué)的爭辯內(nèi)容和方法5/102光學(xué)進(jìn)展簡史25/303物理光學(xué)爭辯內(nèi)容5/30§1.1麥克斯韋方程組4積分形式的麥克斯韋方程組5/405微分形式的麥克斯韋方程組15/556物質(zhì)方程5/607麥克斯韋方程組的物理意義5/65?§1.2電磁場的波動性5/708電磁場的傳播9電磁場的波動方程15/8510電磁波在真空中的傳播速度5/9011麥克斯韋關(guān)系式5/9512小結(jié)5/100板書設(shè)計(jì)一、光學(xué)的爭辯內(nèi)容和方法緒論E.dlBdtH.dlIDd二、光學(xué)進(jìn)展簡史光的電磁理論t1、萌芽階段二、微分形式的麥克斯韋方程組.D2、幾何光學(xué)進(jìn)展階段.B03、物理光學(xué)進(jìn)展階段EB

t4、量子光學(xué)進(jìn)展階段HjD5、現(xiàn)代光學(xué)階段t三、物理光學(xué)爭辯內(nèi)容三、物質(zhì)方程1、經(jīng)典電磁理論基礎(chǔ)DE2、光的干涉BH3、光的衍射jE四、麥克斯韋方程組的物理意義4、光的偏振變化的電場激發(fā)磁場,變化的磁場激發(fā)電場,交變的電磁第一章板書設(shè)計(jì)§1.1麥克斯韋方程組一、積分形式的麥克斯韋方程組D.d QB.d 0場相互激發(fā),以確定速度向空間傳播,形成電磁波； 板書設(shè)計(jì)

§1.2電磁場的波動性一、電磁場的波動方程2E12E0v2t22B12B0v2t2二、電磁波在真空中的傳播速度v10.299794 810m/s0三、麥克斯韋關(guān)系式

n r教學(xué)內(nèi)容、方法、手段設(shè)計(jì)及教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析本節(jié)課設(shè)計(jì)的整體思路為：

兩條思路：

1、從光學(xué)進(jìn)展史中建立起物理光學(xué)爭辯內(nèi)容的脈絡(luò)

2、從已知學(xué)問點(diǎn)動身,深化淺出的建立本課程的理論基礎(chǔ)：回憶總結(jié)延展拓深綜合概括結(jié)合實(shí)際詳細(xì)地：回憶高校物理中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的學(xué)問點(diǎn),對通用范疇知識點(diǎn)進(jìn)行概括總結(jié),拓展延長到光學(xué)領(lǐng)域,得出適用于物理光學(xué)研究范疇的理論基礎(chǔ)； 本節(jié)課的詳細(xì)內(nèi)容：

1.緒論：光學(xué)進(jìn)展史、物理光學(xué)課程脈絡(luò)

2.光的電磁理論：麥克斯韋方程、電磁場的波動性

本節(jié)課的重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)和難點(diǎn)：光是電磁波的理論依據(jù)

突破重點(diǎn)難點(diǎn)的方法：從高校物理中電磁波一章的內(nèi)容著手,分析光波與電磁波的異同,分析光波是否中意電磁波的成立條件,得出確定結(jié)論后,也就意味著光波具有電磁波的一切性質(zhì),再將電磁波的性質(zhì)與光波的屬性詳細(xì)而微的結(jié)合起來； 本節(jié)課的教學(xué)方法和手段：

接受引導(dǎo)式、啟示式和講授式教學(xué)方法,引導(dǎo)學(xué)員積極的摸索,將學(xué)過的內(nèi)容融會貫穿,；授課時(shí)教學(xué)手段主要接受板書方式, 使解題思維顯現(xiàn)規(guī)律性和整體性,同時(shí)幫忙于多媒體,立體直觀表達(dá)艱澀內(nèi)容； 緒論

一、光學(xué)的爭辯內(nèi)容和方法

光學(xué)的爭辯內(nèi)容特殊廣泛,它包括光的發(fā)射、傳播和接收等規(guī)律,以及光和其它物質(zhì)的相互作用（如光的吸取、散射和色散,光的機(jī)械作用和光的熱、電、化學(xué)和生理效應(yīng)等）；光學(xué)既是物理學(xué)中最古老的一門基礎(chǔ)學(xué)科, 又是當(dāng)前科學(xué)領(lǐng)域中最活躍的前沿陣地之一,具有強(qiáng)大的生命力和不行估量的進(jìn)展前途；從方法論上看,作為物理學(xué)的一個(gè)重要學(xué)科分支,光學(xué)爭辯的進(jìn)展也完全符合如下的熟識規(guī)律：在觀看和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對物理現(xiàn)象進(jìn)行分析、抽象和綜合,進(jìn)而提出假說,形成理論,并不斷反復(fù)經(jīng)受實(shí)踐的檢驗(yàn)；生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)是推動光學(xué)進(jìn)展的強(qiáng)大動力,為光學(xué)進(jìn)展供應(yīng)了豐富的源泉；二、光學(xué)進(jìn)展簡史進(jìn)展史時(shí),留意突光學(xué)的進(jìn)展大致可劃分為以下五個(gè)時(shí)期：萌芽時(shí)期→ 出五個(gè)重要階段,幾何光學(xué)時(shí)期→波動光學(xué)時(shí)期→量子光學(xué)時(shí)期→現(xiàn)代光學(xué) 實(shí)時(shí)引入一些重要時(shí)期 人物、大事、小花2.1萌芽時(shí)期 絮等；激發(fā)學(xué)員在（1）公元前11～5世紀(jì),中國已用鑒（金屬平面鏡）, 專業(yè)方向上的愛好陰遂（金屬凸面鏡）作飾物,會用陽遂（金屬凹面鏡）取 和對本專業(yè)的學(xué)習(xí)火,能夠使用圭表（原始光學(xué)儀器）定時(shí)定向,懂得利用 的熱忱；火燭、荊 等作為人造光源照明；（2）公元前480～380年,墨翟及其弟子著《墨經(jīng)》, 我們的祖先具有最其中下經(jīng)第16～23條以試驗(yàn)為基礎(chǔ)記載光的影子（半影 早的而又正確的光與本影）直線傳播、針孔成像,光的反射、平面鏡、凹面 學(xué)學(xué)問,是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)溺R與凸面鏡成像五個(gè)部分的幾何光學(xué)學(xué)問,是世界上有關(guān) 科學(xué)工作者,秉持幾何光學(xué)的最早記錄,在科學(xué)史上占有重要位置；墨經(jīng)光 “知之為知之,不學(xué)不足的地方在于書中缺乏定量分析,因此由墨經(jīng)八條得 知為不知”的學(xué)術(shù)不出反射定律來,也沒有觸及到折射現(xiàn)象；精神,我們應(yīng)當(dāng)繼（3）公元前330～275年,古希臘學(xué)者歐幾里德著承；《反射光學(xué)》被西方學(xué)者認(rèn)為是世界上最古老的光學(xué)書籍,總結(jié)光的反射定律并主見光的投射學(xué)說,認(rèn)為眼睛自身可以發(fā)出某種須狀的東西,這些觸須散落至物體上,與物體形成一個(gè)相切的錐角就造成了視覺；歐幾里德所著《光學(xué)》書與《墨經(jīng)》相比約晚百年,《墨經(jīng)》中的論述都是從觀看得來的事實(shí),毫無臆測之語,而歐幾里德所著《光學(xué)》有很強(qiáng)的唯心主義包含在內(nèi)；其他古希臘的哲學(xué)家和數(shù)學(xué)家們也分別寫下了不少光學(xué)著作,提出許多杰出的哲學(xué)思想；（4）公元50～200年,克萊門德（Cleomedes,公元50年）和托勒密（C.Ptolemy,公元90-168年）爭辯了光的折射現(xiàn)象,最先測定了光通過兩種介質(zhì)分界面時(shí)的入射角和折射角； （5）公元1～1800年,古希臘的光學(xué)學(xué)問遺產(chǎn)第一在阿拉伯人的手中儲存下來,爾后又傳入歐洲大陸；生于公元10世紀(jì)中葉的阿拉伯學(xué)者阿勒哈森（965～1038）及其著作《光學(xué)全書》堪稱中古時(shí)代的光學(xué)基礎(chǔ)；

阿勒哈森對幾何光學(xué)和人眼有深化爭辯,他完善了反射定律,在前人“反射角等于入射角”的基礎(chǔ)上又加上“兩個(gè)角都在同一平面內(nèi)”的法就,完善了反射定律,論證過各種球面鏡及拋物柱面鏡的特殊光路,爭辯球面像差及透鏡放大率,提出了著名的“阿勒哈森問題”,他仍第一個(gè)比較詳細(xì)地描述了人眼結(jié)構(gòu),堅(jiān)持視覺來自于被見物體發(fā)光的觀點(diǎn)；阿勒哈森對西方近代科學(xué)的進(jìn)展起到重要影響；13世紀(jì)杰出的英國僧人羅吉爾·培根受阿拉伯人著作的啟示而進(jìn)行一系列光學(xué)試驗(yàn)的；培根描述過焦點(diǎn)的位置,爭辯過球面像差,提出可利用透鏡矯正人的視力,以及采用組合透鏡構(gòu)成望遠(yuǎn)鏡的光輝思想；此后意大利人阿波蒂制造了眼鏡；波爾塔在書中第一爭辯凸凹透鏡的組合問題；到了16世紀(jì)末,眼鏡與眼鏡制造業(yè)已成為歐洲大陸上一種特殊興盛的手工工業(yè)了； 2.2幾何光時(shí)期在幾何光學(xué)的進(jìn)展

過程中,有許多科17世紀(jì)是試驗(yàn)物理學(xué)的開端,也是幾何光學(xué)進(jìn)展的轉(zhuǎn) 學(xué)家作出了貢獻(xiàn),折點(diǎn)；在此期間,人們確立了正確的光的反射與折射定律, 但也有一般的手工擴(kuò)大人類眼界的光學(xué)儀器也相繼顯現(xiàn),奠定了幾何光學(xué)的 業(yè)者的辛勤勞動,基礎(chǔ)； 要對勞動人民的聰望遠(yuǎn)鏡：荷蘭李普塞（ H.Lippershey ,1587-1619 明才智充分的重視年）在 1608 年制造了第一架望遠(yuǎn)鏡；十世紀(jì)初延森 起來,科學(xué)發(fā)覺和（Z.Janssen,1588-1632 ）和馮特納（P.Fontana, 進(jìn)展就在你我的日1580-1656 年）最早制作了復(fù)合顯微鏡；早期的望遠(yuǎn)鏡和 常生活中；顯微鏡不過是一種令人古怪的玩具,真正將它們有效地用于科學(xué),仍應(yīng)當(dāng)歸功于伽利略（ 1564～1642）；1610 年 知識都不是孤立伽利略首次使用自制望遠(yuǎn)鏡觀看星空,他的重大天文發(fā)覺 的,相互之間有著全部詳細(xì)記載在《星界信使》這本出名的著作之中；歷史 千絲萬縷的聯(lián)系,上伽利略首次明確提出光速有限的觀點(diǎn), 并試圖測定光束, 因此天文學(xué)家和數(shù)給后人以很大啟示；發(fā)覺了繞木星運(yùn)行的衛(wèi)星,這給哥白 學(xué)家都能夠在光學(xué)尼關(guān)于地球繞日運(yùn)轉(zhuǎn)的日心說供應(yīng)了強(qiáng)有力的證據(jù)； 領(lǐng)域有所突破；我德國天文學(xué)家開普勒（ 1571～1630）是近代光學(xué)的 們學(xué)習(xí)學(xué)問也應(yīng)當(dāng)?shù)旎?他的主要貢獻(xiàn)是提出光度學(xué)基本定律,論述光的 做到觸類旁通；折射,透鏡性質(zhì)和視覺理論等方面的問題,并設(shè)計(jì)出最早由雙凸透鏡組合的天文學(xué)望遠(yuǎn)鏡；開普勒奠定近代試驗(yàn)光學(xué)基礎(chǔ),被稱為幾何光學(xué)理論的奠基人；斯涅耳最先寫出了折射定律的精確表達(dá)形式,這個(gè)定律于1637年被笛卡爾公布于世；接著,費(fèi)馬進(jìn)展了大約公元前1世紀(jì)亞歷山大里亞的希隆用類似光程最短原就論證的反射定理,提出著名的最小時(shí)間原理,并依據(jù)這個(gè)原理推出光的反射定律和折射定律；開普勒與費(fèi)馬的爭辯工作使幾何光學(xué)達(dá)到理論成熟的高度,至此它的基礎(chǔ)才算是完全奠定；2.3波動光學(xué)時(shí)期〔1〕 光學(xué) 現(xiàn)象 ：意大 利人 格里馬第 在科學(xué)面前只有真（F.M.Grimaldi,1618-1663 年）第一觀看到光的衍射現(xiàn) 理才是權(quán)威的,不象,1672-1675 年間胡克（R.Hooke,1635-1703 年） 要對任何人抱有盲也觀看到衍射現(xiàn)象,并且和波義耳（R.Boyle,1627-1691 目崇拜的心理,在年）獨(dú)立地爭辯了薄膜所產(chǎn)生的彩色干涉條紋,全部這些 科學(xué)領(lǐng)域要保持清都是光的波動理論的萌芽； 醒頭腦；〔2〕波動學(xué)說和粒子學(xué)說：十七世紀(jì)下半葉,牛頓（I.Newton,1642-1727年）和惠更斯（C.Huygens,1629-1695 年）等把光的爭辯引向進(jìn)一步進(jìn)展的道路；牛頓認(rèn)為,光是從光源發(fā)出的微粒流,光粒子依據(jù)慣性定律沿直線傳播,其運(yùn)動遵守力學(xué)定律；光在界面上的反射就象小球射到平面上反彈回來一樣,遵守反射角等于入射角的規(guī)律；光的折射是由于光粒子從第一種介質(zhì)進(jìn)入其次種介質(zhì)時(shí)介質(zhì)對光粒子的吸引力有所轉(zhuǎn)變,從而光粒子的速度轉(zhuǎn)變而引起光的折射,最終推出結(jié)論：光粒子流在光密介質(zhì)中比在光疏介質(zhì)中傳播速度大；這一結(jié)論明顯是錯(cuò)誤的,但由于當(dāng)時(shí)牛頓在科學(xué)界的崇高位置和威望,微粒學(xué)說得到普遍認(rèn)可,連續(xù)近兩個(gè)世紀(jì)的時(shí)間；惠更斯就依據(jù)光現(xiàn)象與聲現(xiàn)象的相像性,認(rèn)為光是在一種特殊彈性介質(zhì)（以太）中傳播的機(jī)械波（此時(shí)仍沒有熟識到電磁波）,是縱波；他仍提出了確定光的傳播方向的著名原理：光振動某一時(shí)刻所到達(dá)的波前上的每一點(diǎn)都可以看作是次波的波源,從這些波源發(fā)出的次波的包面即形成另一時(shí)刻新的波前,新波前的法線方向就是光的傳播方向；依據(jù)這種理論也能說明光的反射、折射現(xiàn)象,并得出光在較密介質(zhì)中的傳播速度較??；但這種理論也是不完善的；后來科學(xué)家證明：以太這種假想的彈性介質(zhì)是不存在的,光不是機(jī)械波,不是縱波；但這一理論提出了光的波動概念；〕〔3〕波動學(xué)說的進(jìn)展：到了十九世紀(jì),楊（ T.Young,1773-1829 年）和菲涅耳（A.J.Fresnel,1788-1827 年）的著作在初步進(jìn)展起來的波動光學(xué)體系起著準(zhǔn)備性的作用；1801年托馬斯.楊用雙縫試驗(yàn)演示了光的干涉現(xiàn)象,并用波動理論說明白光的干涉現(xiàn)象白光照射下薄膜顏色的由來,并第一次成功地測定了光的波長；1815年菲涅耳用楊氏干涉原理補(bǔ)充了惠更斯原理,形成了人們所熟知的惠更斯一菲涅耳原理,說明白光的衍射現(xiàn)象；1808年馬呂斯（E.L.Malus,1775-1812年）偶然發(fā)覺光在兩種介質(zhì)界面上反射時(shí)的偏振現(xiàn)象；為了說明這些現(xiàn)象,楊氏在1817 年提出了光波和弦中傳播的波相仿的假設(shè),認(rèn)為它是一種橫波；菲涅耳進(jìn)一步完善了這一觀點(diǎn)并導(dǎo)出了菲涅耳公式；至此,波動學(xué)說得到普遍認(rèn)可；但這時(shí)仍認(rèn)為光波是機(jī)械波,必需在一種臆想的彈性介質(zhì)（以太）中傳播；〔4〕波動學(xué)說確立： 1845 年法拉第（M.Faraday,1791-1867 年）發(fā)覺了光的的振動面在強(qiáng)磁場中的旋轉(zhuǎn),提示了光現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系； 1856 年韋伯（ W.E.Weber,1804-1891 年 ） 和 柯 爾 勞 斯（R.Koh-Lrausch,1809-1858年）在萊比錫做的電學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,發(fā)覺電荷的電磁單位和靜電單位的比值等于光在真空中的傳播速度,即3×108米/秒；麥克斯韋（J.C.Maxwell,1831-1879 年）在1865年的理論爭辯 光學(xué)的進(jìn)展歷史表中指出,電場和磁場的轉(zhuǎn)變不會局限在空間的某部分,而 明,現(xiàn)代物理學(xué)中是以光速傳播,這說明光是一種電磁現(xiàn)象；這個(gè)理論在 的兩個(gè)最重要的基1888年被赫茲（H.R.Hertz,1857-1894 年）的試驗(yàn)證明, 礎(chǔ)理論——量子他直接從頻率和波長來測定電磁波的傳播速度,發(fā)覺它恰 力學(xué)和狹義相對論好等于光速,至此,就確立了光的電磁理論基礎(chǔ)； 都是在關(guān)于光的研依據(jù)光的電磁理論可以圓滿地說明光的傳播過程中的 究中誕生和發(fā)展一系列現(xiàn)象（如光的干涉、衍射、偏振等）,特殊是由試驗(yàn) 的；激發(fā)學(xué)員對本證明“以太”這種介質(zhì)根本不存在以后,電磁理論成為光 課程的愛好；留意的波動學(xué)說的牢靠的物理基礎(chǔ),得到了普遍承認(rèn)； 進(jìn)行追求科學(xué)、獻(xiàn)2.4量子光學(xué)時(shí)期身科學(xué)方面的教十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)初,光學(xué)的爭辯深化到光的發(fā) 育；生、光和物質(zhì)相互作用的某些現(xiàn)象,例如酷熱黑體輻射中能量按波長分布的,特殊是1887年赫茲發(fā)覺的光電效應(yīng)；1900年普朗克（1858-1947年）提出了輻射的量子論,認(rèn)為各種頻率的電磁波只能是電磁波（或光）的頻率與普朗克常數(shù)乘的整數(shù)倍,成功地說明白黑體輻射問題；1905年愛因斯坦（1879-1955 年）進(jìn)展了普朗克的能量子假設(shè)把量子論貫穿到整個(gè)輻射和吸取過程中,提出了杰出的光量子（光子）理論,圓滿說明白光電效應(yīng),并為后來的許多試驗(yàn)例如康普頓效應(yīng)所證明；1924年德布羅意（L.V.deBroglie,1892-）創(chuàng)立了物質(zhì)波學(xué)說；他大膽地設(shè)想每一物質(zhì)的粒子都和確定的波相聯(lián)系,這一假設(shè)在 1927年為戴維孫（C.J.Davisson,1881-1958 ）和革末（L.H.Germer,1896-1971實(shí)；年）的電子束衍射試驗(yàn)所證量子論不僅很自然地說明白灼熱體輻射能量按波長分布的規(guī)律,而且以全新的方式提出了光與物質(zhì)相互作用的整個(gè)問題；量子論不但給光學(xué),也給整個(gè)物理學(xué)供應(yīng)了新的概念,所以通常把它的產(chǎn)生視為近代物理學(xué)的起點(diǎn)；1905年,愛因斯坦運(yùn)用量子論說明白光電效應(yīng)；他給光子作了特殊明確的表示,特殊指出光與物質(zhì)相互作用時(shí),光也是以光子為最小單位進(jìn)行的；1905年9月,德國《物理學(xué)年鑒》發(fā)表了愛因斯坦的“關(guān)于運(yùn)動媒質(zhì)的電動力學(xué)”一文；第一次提出了狹義相對論基本原理,文中指出,從伽利略和牛馬上代以來占統(tǒng)治位置的古典物理學(xué),其應(yīng)用范疇只限于速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速的情形,而他的新理論可說明與很大運(yùn)動速度有關(guān)的過程的特點(diǎn),根本舍棄了以太的概念,圓滿地說明白運(yùn)動物體的光學(xué)現(xiàn)象；這樣,在20世紀(jì)初,一方面從光的干涉、衍射、偏振以及運(yùn)動物體的光學(xué)現(xiàn)象確證了光是電磁波；而另一方面又從熱輻射、光電效應(yīng)、光壓以及光的化學(xué)作用等無可懷疑地證明白光的量子性——微粒性；光學(xué)的進(jìn)展歷史說明,現(xiàn)代物理學(xué)中的兩個(gè)最重要的基礎(chǔ)理論——量子力學(xué)和狹義相對論都是在關(guān)于光的研究中產(chǎn)生和進(jìn)展的； 此后,光學(xué)開頭進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期,以致于成為現(xiàn)

代物理學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)前沿的重要組成部分；其中最重 拓寬學(xué)員對光學(xué)研要的成就,就是發(fā)覺了愛因斯坦于 1916年預(yù)言過的原子 究領(lǐng)域認(rèn)知；和分子的受激輻射,并且制造了許多詳細(xì)的產(chǎn)生受激輻射 強(qiáng)調(diào)觀點(diǎn)：的技術(shù)；愛因斯坦?fàn)庌q輻射時(shí)指出,在確定條件下,假如能使 學(xué)科之間的滲透往受激輻射連續(xù)去激發(fā)其他粒子,造成連鎖反應(yīng),雪崩似地 往會帶來新的生長獲得放大成效,最終就可得到單色性極強(qiáng)的輻射, 即激光； 點(diǎn)；1960年,梅曼用紅寶石制成第一臺可見光的激光器；同年制成氦氖激光器；1962年產(chǎn)生了半導(dǎo)體激光器；1963年產(chǎn)生了可調(diào)諧染料激光器；由于激光具有極好的單色性、高亮度和良好的方向性,所以自1958年發(fā)覺以來,得到了快速的進(jìn)展和廣泛應(yīng)用,引起了科學(xué)技術(shù)的重大變化； 2.5現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期

從本世紀(jì)六十歲月起,特殊在激光問世以后,由于光學(xué)與許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域緊密結(jié)合、相互滲透,一度沉靜的光學(xué)又煥發(fā)了青春,以空前的規(guī)模和速度飛速度飛速進(jìn)展,它已成為現(xiàn)代物理學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)一塊重要的前沿陣地,同時(shí)又派生了許多嶄新的分支學(xué)科； 光學(xué)的另一個(gè)重要的分支是由成像光學(xué)、全息術(shù)和光學(xué)信息處理組成的；這一分支最早可追溯到 1873年阿貝提出的顯微鏡成像理論,和1906年波特為之完成的試驗(yàn)驗(yàn)證；1935年澤爾尼克提出位相反襯觀看法,并依此由蔡司工廠制成相襯顯微鏡,為此他獲得了1953年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；1948年伽柏提出的現(xiàn)代全息照相術(shù)的前身——波陣面再現(xiàn)原理,為此,伽柏獲得了理學(xué)獎(jiǎng)；1971年諾貝爾物自20世紀(jì)50歲月以來,人們開頭把數(shù)學(xué)、電子技術(shù)和通信理論與光學(xué)結(jié)合起來,給光學(xué)引入了頻譜、空間濾波、載波、線性變換及相關(guān)運(yùn)算等概念,更新了經(jīng)典成像光學(xué),形成了所謂“博里葉光學(xué)”；再加上由于激光所提供的相干光和由利思及阿帕特內(nèi)克斯改進(jìn)了的全息術(shù),形成了一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域——光學(xué)信息處理；光纖通信就是依據(jù)這方面理論的重要成就,它為信息傳輸和處理供應(yīng)了嶄新的技術(shù)； 在現(xiàn)代光學(xué)本身,由強(qiáng)激光產(chǎn)生的非線性光學(xué)現(xiàn)象正

為越來越多的人們所留意；激光光譜學(xué),包括激光喇曼光

譜學(xué)、高辨論率光譜和皮秒超短脈沖,以及可調(diào)諧激光技 強(qiáng)調(diào)本課程的重要術(shù)的顯現(xiàn),已使傳統(tǒng)的光譜學(xué)發(fā)生了很大的變化,成為深 性；入爭辯物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)、運(yùn)動規(guī)律及能量轉(zhuǎn)換機(jī)制的重要手段；它為凝聚態(tài)物理學(xué)、分子生物學(xué)和化學(xué)的動態(tài)過程的爭辯供應(yīng)了前所未有的技術(shù)；光學(xué)纖維已進(jìn)展成為一種新型的光學(xué)元件,為光學(xué)窺視（傳光傳象）和光通訊的實(shí)現(xiàn)制造了條件,它已成為某些新型光學(xué)系統(tǒng)和某些特殊激光器的組成部分；預(yù)期光運(yùn)算機(jī)將成為新一代的運(yùn)算機(jī),想象中的光計(jì)算機(jī),由于實(shí)行了光信息儲備,并充分吸取了光并行處理的特點(diǎn),它的運(yùn)算速度將會成千倍地增加,信息儲備才能可望獲得極大的提高,甚至可能代替人腦的部分功能；總之,現(xiàn)代光學(xué)與其他科學(xué)和技術(shù)的結(jié)合,已在人們的生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著日益重大的作用和影響,正在成為人們熟識自然、改造自然以及提高勞動生產(chǎn)率的越來越強(qiáng)有力的武器； 三、物理光學(xué)的爭辯內(nèi)容

從前面的光學(xué)進(jìn)展簡史中已經(jīng)知道,光具有波粒二象性,物理光學(xué)爭辯內(nèi)容包括波動光學(xué)和量子光學(xué)兩部分；波動光學(xué)從光的波動性動身來爭辯光在傳播過程中所發(fā)生

的現(xiàn)象,它可以比較便利的爭辯光的干涉、光的衍射、光

的偏振,以及光在各向異性的媒質(zhì)中傳插時(shí)所表現(xiàn)出的現(xiàn)

象；是我們這本書爭辯的主要內(nèi)容；量子光學(xué)爭辯光的量

子性,主要內(nèi)容支配在激光課程中表達(dá),本書不作重復(fù)介 用多媒體動畫演示紹；必需指出的是,距今為止我們對光本質(zhì)的這種波粒二 光和磁可以相互激象性的熟識只具有相對真理性,對光的熟識仍遠(yuǎn)沒有完結(jié)； 發(fā),從而引出麥克第一章光的電磁理論

第一節(jié)麥克斯韋方程組斯韋方程,加強(qiáng)學(xué)員對方程組中各式光的電磁理論是波動光學(xué)的物理基礎(chǔ),可以由一組方 物理意義的懂得；程來描述,由于該方程組第一由麥克斯韋總結(jié)得出,因此稱為麥克斯韋方程組；一、麥克斯韋方程組的積分形式 演示電阻電路動畫,說明傳導(dǎo)電不穩(wěn)固磁場的普遍規(guī)律可由以下四個(gè)方程表示：流的物理意義；演示電容電路動畫,說明位移電流的物理意義；使學(xué)員能夠懂得“傳導(dǎo)電流D.dQ（總電荷）（高斯定理,電場是有源場）B.d0（磁場是無源場,無磁核）E.dlBd（法拉第電磁感應(yīng)定律：變t化的磁場產(chǎn)生電場）和位移電流在產(chǎn)生

磁場方面是等效H.dlIDd（安培環(huán)路定律推廣：變化電場的”這一重要結(jié)論；t產(chǎn)生磁場）

D：電感強(qiáng)度；

E：電場強(qiáng)度；

B：磁感強(qiáng)度；

H：磁場強(qiáng)度；

Q：積分閉合曲面內(nèi)包含的總電量；I

ID：積分閉合回路包圍的傳導(dǎo)電流；Dd：位移電流；t注：位移電流ID和傳導(dǎo)電流I是兩個(gè)不同的物理概念,傳導(dǎo)電流意味著電荷的流淌,而位移電流意味著電場的變化,第四式說明不僅傳導(dǎo)電流會產(chǎn)生磁場,而且電場變化也會產(chǎn)生磁場,即兩者在產(chǎn)生磁場方面是等效的；在實(shí)際應(yīng)用中,積分形式的麥克斯韋方程組不適用于求解電磁場中某一給定點(diǎn)的場量這類問題,通常使用方程組的微分形式；二、麥克斯韋方程組的微分形式

依據(jù)高斯定理：Dd.DdvQ.dv0..DBd.Bdv0B依據(jù)斯托克斯定理：E.dl〔E〕dBdEBttH.dl〔H〕d〔jD〕dHjDtt其中：——電荷密度；j——傳導(dǎo)電流密度；

D——位移電流密度； t

麥?zhǔn)戏匠探M的微分形式是：.D0BD（2）渦旋磁場和渦旋電場的方向判定演示.BEjtHt麥?zhǔn)戏匠探M在含有導(dǎo)體的任何媒質(zhì)中都成立,其中電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度是基本物理量,電感強(qiáng)度和磁感強(qiáng)度是幫忙物理量,在常用的各向同性的均勻電介質(zhì)中,結(jié)合物質(zhì)方程：DE,BH,jE,就構(gòu)成一組完整的反映電磁場普遍規(guī)律的方程組；其中,：介2電常數(shù)7,真c