物理光学发展史研究

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一． 光学及光学发展简介

光学既是物理学中最古老的一个基础学科，也是当前科学研究中最活跃的前沿阵地，具有强大的生命力和不可估量的前途。光学的发展过程是人类认识客观世界的进程中一个重要的组成部分，是不断揭露矛盾和克服矛盾、从不完全和不确切的认识总部走向较完善和较确切认识的过程。它的不少规律和理论是直接从欧美和生产实践中总结出来的，也有相当多的发现来自长期的系统的科学实验。

光学的发展为生产技术提供了许多精密、快速、的衡东的实验手段和重要的理论依据；而圣餐技术的发展，又反过来不断向光学提出许多要求解决的新课题，并为进一步深入研究光学准备了物质条件。光学的发展大致可划分为5个时期：一、萌芽时期；二、几何光学时期；三、波动光学时期；四、量子光学时期；五、现代光学时期。

由于古代的光学知识基本上处于现象的描述、经验的总结、猜测性的思辨阶段因而没有给人以必然性、系统性的真正透彻地思考过的印象。这个时期的光学知识主要是以直觉和零散的形式出现的。这个时期虽然很漫长( 大约二千年),也有不少文字记载,但要详细地划分具体的阶段是不大可能的,也是不必要的。

近代光学的发展尤为迅速。近代可以划分为两个发展阶段,即几何光学阶段和波动光学阶段。其分界点应为托马斯·杨在18xx年首先利用光的干涉原理令人满意地解释了白光照射下薄膜颜色的由来与牛顿环现象,同时用双缝实验显示了光的干涉现象。

现代光学时期可分为量子光学初创阶段和近代光学阶段。这两个阶段的分界点是肖洛和汤斯等人提出把受激辐射的微波放大器的原理可推广到光频段中去。这也帮助了美国工程师梅曼实现了他们的预言制成了世界上第一台激光器——红宝石激光器使光学发生了深刻的变化,产生了光电子学等许多新的学科。

二． 波动光学发展简介

19世纪初，波动光学初步形成,其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。菲涅耳于18xx年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。

18xx年，法拉第发现了光的振动面在磁场中发生旋转；18xx年，韦伯发现光在真空中的速度等于电流强度的电磁单位与静电单位的比值。他们的发现表明光学现象与磁学、电学现象间有一定的内在关系。

18xx年前后，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，光就是这样一种电磁现象。这个结论在18xx年为赫兹的实验证实。

然而，这样的理论还不能说明能产生像光这样高的频率的电振子的性质，也

不能解释光的色散现象。到了18xx年洛伦兹创立电子论，才解释了发光和物质吸收光的现象，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。在洛伦兹的理论中，以太乃是广袤无限的不动的媒质，其唯一特点是，在这种媒质中光振动具有一定的传播速度。

对于像炽热的黑体的辐射中能量按波长分布这样重要的问题，洛伦兹理论还不能给出令人满意的解释。并且，如果认为洛伦兹关于以太的概念是正确的话，则可将不动的以太选作参照系，使人们能区别出绝对运动。而事实上，18xx年迈克耳逊用干涉仪测“以太风”，得到否定的结果，这表明到了洛伦兹电子论时期，人们对光的本性的认识仍然有不少片面性。

光的电磁论在整个物理学的发展中起着很重要的作用，它指出光恶化电磁现象的一致性，并且证明了各种自然现象之间存在这相互联系这一辩证唯物论的基本原理，使人们在认识光的本性方面向前迈进了一大步。

在此期间，人们还用多种实验方法对光速进行了多次测定。18xx年斐索运用了旋转齿轮的方法及18xx年傅科使用旋转镜法测定了光在各种不同介质中的传播速度。

由于菲涅耳在波动光学发展中占据着极其重要的地位所以下面重点介绍菲涅耳的工作。

三．菲涅耳的工作

18xx年x月,菲涅耳向法国科学院提交了关于衍射的一篇研究报告.在这篇报告中,菲涅耳尝试解释衍射现象,并对微粒学说提出了批评.除了衍射的实验外,他还提出了惠更斯2菲涅耳原理.为此,他写道:“在任何一点的光源振动可以看作在同一时刻传播到那一点上的光的元振动的总和,这些元振动来自所考察的未受阻拦的波的所有部分在它以前位置的任何一点的各个作用.”在菲涅耳的研究中,他采用了惠更斯的子波概念,并加以完善,使子波具有了频率、振幅和位相的内容,从而使光的衍射理论更加完善.

为了说明干涉原理,菲涅耳又设计了新的实验,即双光干涉实验.他使两个平面镜并接起来,交接的角度略小于180°.两面平面镜对一较小光源反射,在屏上产生了清晰的干涉条纹.由于完全避开衍射作用,使光的干涉得到了充分的肯定.双光干涉的研究是菲涅耳对光学发展的一个重要贡献,并得到阿拉果的支持,从而使阿拉果成为法国科学界转而皈依波动说的第一人.

菲涅耳提出了半波带法,结合惠更斯菲涅耳原理,可以精确地计算出圆孔、直边等形状的衍射情况.此外,他还利用惠更斯菲涅耳原理,克服了惠更斯关于波形成包络的局限,成功地证明了光是沿直线传播的.这对确立波动说具有重要意义. 18xx年法国科学院举行了一次规模很大的科学竞赛,竞赛的题目是:①利用精确的实验确定光线的衍射效应;②根据实验用数学归纳法推导出光线通过物体附近时的运动情况.竞赛的本意是希望通过这次征文,鼓励用微粒理论解释衍射现象,以期取得微粒理论的决定性胜利.当时,在法国科学院里光的微粒说占主导地位.主持这项活动的科学院的委员会由5人组成,其中3人(比奥、拉普拉斯和泊松)是微粒说的积极拥护者,1人(阿拉果)是波动论者,另一个人(盖?吕萨克)持中立观点.

菲涅耳起初对此并没有太大的兴趣,但在阿拉果和安培的鼓励下,他决心应征科学院的悬奖,并于18xx年x月向法国科学院提交了自己的论文.在论文中,菲涅耳以严密的数学推理,从横波观点出发,圆满地解释了光的偏振,并用半波带法定量地计算了圆孔、圆板等形状的障碍物所产生的衍射花纹,推出的结果与实验符合得很好.

菲涅耳的论文使评奖委员会的科学家大吃一惊,他们没有想到一位不知名的学者竟然写出如此好的文章.当时的著名学者泊松(S.D.Poisson,1781—1840)却从菲涅耳的方程得出了一个菲涅耳未曾考虑过的结论:如果这些方程正确地描写了光的行为,那么把一个小圆盘放在光束中,在盘后的一定距离上放置屏幕,在屏幕上的圆盘影子中心处,应当出现一个亮斑.从光的粒子说来看,在圆盘中心出现亮斑当然是不可思议的事情,也从来没有人看到过这种“荒谬”的现象.所以泊松兴高采烈地宣称,他已经驳倒了菲涅耳的波动理论.菲涅耳和阿拉果接受了挑战,他们进行了精密的实验,实验非常精彩地证实了菲涅耳理论的结论,影子中心果然出现了一个亮点,结果泊松根据菲涅耳理论作出的“预言”被实验证实了.这个预言轰动了法国科学院,并且迎来了波动说的辉煌胜利.于是菲涅耳就荣获了这一届的科学奖,而后人称这个戏剧性亮点为泊松亮点.

这样,菲涅耳就将惠更斯的理论和干涉原理结合起来,牢固建立了波动理论基础,它提供了光的折射、衍射的完整理论,提高了人们对波动说的信任度.但是光的波动说对于折射或偏振现象是无能为力的,这一困难后来也是由菲涅耳解决的.

18xx年,菲涅耳和阿拉果一起以精确的实验确证了两束相互垂直的偏振光不能产生干涉现象,进一步肯定了光的横波性质.光的横波形假设的引入,使菲涅耳得出了一系列其他重要结论,如偏振面的转动理论(18xx年);反射和折射理论(18xx年);双折射理论.菲涅耳还用多级菲涅耳透镜代替抛物线镜,设计了当时最优良的灯塔照明系统.1xx年,哈密顿根据菲涅耳的双折射理论得到了光的锥形折射的理论,这是菲涅耳双折射理论的巨大胜利.研究过程中,菲涅耳做了很多实验,他的实验往往具有很强的直观性和敏锐性,很多现在仍通行的实验和光学元件都冠有菲涅耳的姓氏,如双面镜干涉、菲涅耳镜、圆孔衍射等.

菲涅耳研究了介质运动对光的传播的一些问题,提出了运动物体部分吸引以太的结论,并得到了菲涅耳曳引系数，菲索通过实验确认,观察到的干涉条纹的移动与按菲涅耳曳引系数计算得到的结果大致相符,从而大大提高了菲涅耳理论的威信.后来,这一结果又由麦克耳逊和莫雷通过实验加以验证,在相对性原理建立过程中起过极为重要的作用.

四．总结

物理光学的发展史是无数科学家共同努力所创造的，正是有他们的无私奉献和科研精神，这门学科才能发展到今天这个地步，作为后人，我们更应该努力将这门学科推向更新的一个层次。

第二篇：高中物理教学论文 浅析中职物理教学方式之我见

浅析中职物理教学方式之我见

论文摘要:中等职业教育是我国教育体制不可分割的重要组成部分,在中职物理教学活动中,更多的是要考虑到学生的心理现状,纠正他们学习过程中的不良习惯与消极态度,适当选择与中职学生接受能力相匹配的教学内容,深入浅出地启发学生的学习兴趣并最终实现教学目标。中职物理教学是中职教育阶段的难点学科,但却是一门实用性较强的公共基础学科,如何在中职教学中提高物理教学水平,培养学生的学习能力,是物理教育工作者们持续研究的内容,也是本文关注的焦点。

近年来随着高等职业教育招生规模的持续扩大,意在使更多的学生能够接受深层次的教育,并在接受教育的过程中形成一种适应社会的能力,能够将校园与社会有机的衔接在一起,强调了学习与实践的高度统一。自20xx年起,中等职业学校的招生开始取消了分数线的限制,经过几年的摸索与实践,无论从生源结构还是中职的教学活动都发生了很大的变化,在某种程度上,这种变化已经影响到了中职教育根本目标的达成。尽管教育部门的出发点是毋庸置疑的,其目的是要提高社会整体的受教育程度和技能掌握水平,但也不可否认,取消分数线而导致的生源质量下降直接影响到了中职教学活动的正常开展,因此,中职教学方式改革正在积极的酝酿之中。如何扭转学生们的厌学心理;矫正学习中的不良习惯;适当调整教学难度;重新审视教学方法等教学核心内容已经成为物理教师主要的工作方向。

1 自我效能感和价值意识对中职物理教学的激励作用

1.1 自我效能感对物理教学的促进作用

自我效能感来源于主观,是一种对个人行为认可并产生自信,相信自己能够成功的认可意识。近年来中等职业学校生源水平的降低,使很多初中阶段学习成绩较差的学生也得到了职业教育的机会,但这部分学生中,很多人由于学业上的反复失败,长时间得不到学习方面的认可与鼓励,自我效能感较低,甚至是达到了自我否定的地步。因此,想从根本上提高中等职业教育阶段的物理学习水平,首先要帮助学生从心里上克服“差生”观念,重塑自我效能感。物理学科教育的启蒙阶段在初中,因此也成为很多中职学生“深恶痛绝”的学科,进入中职学习后,基础内容掌握明显不够。这就需要中职物理教学担负起一个二次启蒙的重任。首先要从主观上引导学生正确的对待个人能力问题,在物理这门自然科学上摔倒过一次,可以在中职教育阶段再次爬起来。其次,通过教师与学生的交流来掌握学生的实际知识水平,而不是初中毕业所应当具有的平均水平,适当降低中职阶段物理学科的入门难度,帮助学生树立学习信心。此外,充分肯定学生的每一点进步,在中职教育阶段,教师的鼓励与认可是对学生树立自我效能感的最佳帮助,通过对基本物理问题的解答来鼓励学生向深层次难题挑战,循序渐进的开展教学活动。对于一些动手能力较强的学生,在课程安排的实验与小制作中,培养他们的学习兴趣,并使他们体会到实际操作的成就感,逐步树立起自我效能意识,融合到中职的学习生活中来。

1.2 价值意识对物理教学的激励作用

价值意识是学生信心组成的另外一个重要部分,通过学习过程而得到的结果可以使学生产生对自身存在的正确认识,意识到个人能力能够实现的成功方面。体会到成功带来的个人价值认可,是推动学生进行自主学习的重要内动力。中职教育与高中阶段的过渡教育不同,中职教育直接面向社会,需要通过学生对自身价值的正确认识来为自己将来的社会生活进行定位。因此,在中职物理教育阶段,培养学生的价值意识,不仅是提高学习能动性的重要手段,同时也是中职教育的一项重要教学目标。任何人在社会中都有自己的定位,人生价值并不是

只能够通过高学历来体现,目前的社会职业分配情况表明,高级技工的需求量在人才市场中已经超出了对博士的需求。因此,通过一些真实的职业教育成功案例,树立学生正确的对待个人价值,是提升学生学习信心、提高学习积极性的重要措施。通过个人价值定位,能够激发学生内心强大的进取欲望,并投入到学习中,形成一种以价值认可推动求知的动力。

2 利用资源,促进中职物理教学活动

2.1 充分利用多媒体方式来辅助物理教学

随着教学信息化的不断进步,多媒体教学方式已经在各个学科中广泛的应用开来。中职物理教学中经常会遇到很多抽象概念,常规的实验是无法模拟出这一类的物理现象的,以往的教学中,只能够依靠教师的表述来进行诠释,所得到的效果差强人意。然而,多媒体方式在教学中很好的弥补了抽象概念讲解上的难题,借助计算机进行逼真的形象模拟,将无形化的抽象概念,呈现在学生面前,加深对概念的理解和应用。此外,对于一些复杂的重力分析问题,也可以通过多媒体演示来提高分析的形象性,展示出各个方向上的受力分解,甚至可以用动画模拟的方式,模拟出缺少一个方向作用力时的情景,加深学生对作用力平衡的体会。多媒体教学的介入,使复杂的问题简单化,抽象的问题形象化,启发学生的想像力,激发学生的灵感,使中职物理教学工作开启了一个新的里程。

2.2 利用实验来讲解物理难点

中职阶段的教育是面向实用性的,因此,对于课程教学也应当以更加直观和更加生活化的教学资源为主体。中职物理教学中有一节非常典型的演示实验讲解课,“振动与波”。对于抽象性的物理现象,实验能够帮助学生找到思维的落脚点,更加深刻的记住物理现象、理解物理原理。因此,教材编写的“振动与波”就是建立在实验讲解的基础上的一节课程,但教材中所举例的实验采用的是弹簧振动,对于一部分基础薄弱的学生来说理解上会产生脱节现象,因此,可以根据学生的实际接受能力采取更加适当的实验来阐述物理现象。例如,可以将实验改为砂摆演示,从简谐运动入手,更易于对振动的理解。适当的实验选取对学生的观察力与分析力都是很好的锻炼。 2.3 开展第二课堂活动体验物理学科乐趣

物理学是一门动手实验性很强的学科,在中职教育阶段开展丰富多彩的物理教学活动可以提高学生的实际动手能力,以便于更加适应未来面向工作时的技术要求。除了按照教材的安排完成教学要求的各种实验以外,为了增加这门课程的趣味性,教师可以给学生安排一些课外的小实验或小制作,并放松教学实验上的诸多约束,尽可能的鼓励学生自己去创造,培养学生自主思索、独立完成的能力。在电路知识学习的过程中,可以设计的小制作题材极为广泛,并具有很强的实践意义,对于学生理解电路原理具有很大的帮助。因此,可以为学生拟定一个制作主题,例如竞赛抢答器等,只拟题而不限定设计方案,鼓励学生自主设计,通过对材料的选取、元器件的选用等认识更多的电子器件,并激发学生的学习乐趣,使学生能够在课堂时间以外继续学习,不断思考。

3 认真贯彻“以人为本”的教学理念

“以人为本”一直是教育界积极倡导的教学理念。在中职物理教学活动中,也应当本着以学生为主体的思想来开展教学活动。以往的中职物理教育更多的是以教师为中心,忽视了学生对知识的需求,同时也抹杀了学生个性的成长。新时期的中职教育要突破传统观念的束缚,将学习的主体地位还给学生,教师围绕着学生为中心来开展教学活动,而不是学生被教学活动“牵”着走。针对目前中职物理教学的现状,我们不得不承认,传统教学方式的影响较为深远,物理教学并没有真正的落实到学生身上,而是落实在制定的教育目标上。一味对教育目标的追求,使得忽视了学生的个体发展,是中职教育变成了应试教育的另一种牺牲品。“以人为本”的教学理念,很好的明确了学生与教师之间的关系,在学习的过程中教师所处的仅仅

是教学引导的地位,是负责将学生带领到知识的面前,把揭开真相、解开谜题的执行过程留给学生,让学生亲自体会学习带来的乐趣与成就感,并能够产生自主的学习心态,而不是传统灌输式教学的一味讲解。此外,改善课堂气氛也是“以人为本”教学方式的重要体现,传统的物理教学,无论是讲解还是实验都是由教师来唱“独角戏”,学生人在课堂但心却不在,只是出席了教学活动,而不叫参与。今后的中职物理教学应当更加注重课堂上对学生参与的要求,鼓励学生在课堂上抒发个人的想法,积极参与课堂的讨论,不但可以活跃课堂气氛,同时也可以集中学生的思想,使学生全身心的投入到教学活动中,提高教学活动的价值。

由此看来,开展中职物理教学,不仅要从学生的个人心理入手,从培养学生的自我认可意识来提升学生的学习信心,还要通过教师精心设计的课堂教学内容来辅助课程内容的讲解,采用深入浅出的形式对学生进行有效的引导,逐步树立学生自主学习的意识。针对近几年来中职阶段教育生源情况的变化,对现有的中职学生心理进行认真的分析,并结合实际的学生能力开展教学活动是非常必要的。尽管中职物理教材的编写非常具有实用性,但却不能够代表学生的实际接受水平,因此,做好学生与教材的衔接工作,是中职阶段物理教师教学活动的重点。一方面从学生自身的角度出发,培养学生对学习的兴趣;另一方面也要从教师的角度入手,督促教师科学、合理的安排教学内容,实现一个教学引导的过程,突破传统的教学观念,将学生摆在教学的主体地位。通过教师与学生的结合,才能够实现共同学习,共同进步的教学目标,并激发学生学习物理的激情,以便于将个人的技能水平在未来的工作中更好的发挥出来。