§9.4 光学部分

一、光的色散实验

1666 年，牛顿做了光的色散实验。他当时在暗室的窗子上开了一个小孔，让太阳光通过小孔进入室内，在光经过的地方放一棱镜，棱镜后面置一屏。结果屏上出现了彩色光谱，其中偏拆最大的是紫光，偏拆最小的是红光。

这个实验还不足以说明白光是由多种单色光复合而成，因为这可能是白光与棱镜相互作用的结果。为此，牛顿在屏上再开一小孔，小孔后面放第二块棱镜，棱镜后面置第二块屏。牛顿转动第一块棱镜，分别让不同颜色的单色光通过小孔经过第二块棱镜再照在第二块屏上。结果， 所有的单色光不能再被第二块棱镜分解或改变成其它颜色的单色光。

为了进一步说明白光是由多种单色光复合而成，牛顿将白光分解成各种单色光后，让它们再经过一个顶角较大的倒置棱镜，结果这些单色光在屏上重新复合成白光。

通过以上实验，牛顿证实了白光是由多种单色光复合而成。

二、牛顿环实验

1675 年，牛顿做了牛顿环实验。实验经过是这样的，他在双凸透镜上面放一平凸透镜，使其平面在下，在自然光垂直照射下慢慢压紧两块透镜时，出现了各种颜色的同心圆环。这就是现在被人们称谓的牛顿环。

接着，牛顿又改用红光照射，结果在接触点周围出现无数个规则的红黑相间的同心圆环，距中心黑点越远，环就越密。牛顿在测量了前 6 个红环的半径后，发现了环所在处空气隙的厚度与透镜曲率之间的关系。

牛顿还用水代替空气，从而观察到色环的半径将减小。当时，牛顿根据光的微粒假说对牛顿环做了错误的解释，现在人们都知道这是光的干涉造成的。

三、杨氏双缝干涉实验

1801 年，托马斯·杨(T.Young 英 1773～1829)设计一个演示光的干涉现象的实验。他在暗室的窗子上钻一个小孔，然后用平面镜将阳光水平地反射通过小孔进入室内，在光所经过的地方设置两个互相平行的纸屏。杨在第一个屏上用细针钻一个小孔，在第二个屏上钻两个小孔。进入室内的光束经过第一块屏的针孔后，落在第二块屏上，通过第二块屏的两个针孔射出两束很细的光，这两束光在第三块屏上重迭后形成彩色光带。杨又改用单色光做实验，结果出现明暗相间的干涉条纹。后来， 杨又改进实验装置，用狭缝代替针孔，取得了更好的效果。

杨根据光的波动本性解释了他的实验结果。同时，他也根据光的波动本性解释了牛顿环的形成。

四、光速的测定

光跑得有多快？自古以来，这都是人们关心的问题。

1676 年，罗默(O Romer 丹麦 1644～1710)在观测木星第一卫星掩蚀现象时，发现连续两次蚀之间的时间间隔有长有短，他认为这是因为二次光走的距离不同造成的。经过测算，他得到的光速为 2.15×108m/s， 这是人类第一次用天文方法测得光速。

1728 年，布拉德雷(J.Braley 英 1693～1762)发现了光行差现象并用它来测定光速，他测算的结果是 3.03×108m/s。

1849 年，菲索(A.H.L.Fizeall 法 1819～1896)完成了人类第一次在地面上对光速的测定。他设计的测量装置是这样的：让闪光通过高速旋转齿轮的齿隙后，射到 8km 以外的平面镜上再反射回来，当反射光被下一个轮齿挡住时，观察者就看不到信号。适当提高齿轮转速，使反射光正好通过下一个齿隙被观察到，根据齿轮的转速算出闭光两次通过齿轮之间的时间间隔，进一步算出光速。菲索得到的结果是：光速等于 3.13

×108m/s。

1975 年，第十五届国际计量大会提供的光速数据为：C=299792458

±1m/s。