文理貫通選修課的實(shí)踐與思考

“文理貫通”選修課的實(shí)踐與思考

寧波效實(shí)中學(xué)楊榕楠

/index.asp學(xué)校選修課情況：一、醞釀二、實(shí)踐三、收獲四、反思一、醞釀起因：錢學(xué)森之問過度應(yīng)試、文理割裂的現(xiàn)象有意義有挑戰(zhàn)有基礎(chǔ)1．怎樣看待古希臘哲學(xué)《中學(xué)物理教學(xué)參考》2004年1/2期2．孩子·哲學(xué)·物理學(xué)《中學(xué)物理教學(xué)參考》2004年第3期3．科學(xué)和哲學(xué)的分水嶺《中學(xué)物理教學(xué)參考》2004年第4期4．科學(xué)統(tǒng)一世界《中學(xué)物理教學(xué)參考》2004年第5期5．理性·實(shí)踐·信仰《中學(xué)物理教學(xué)參考》2004年第6期6．悖論——科學(xué)問題的哲學(xué)思辨《中學(xué)物理教學(xué)參考》2004年第7期7．智慧就是力量《中學(xué)物理教學(xué)參考》2004年第8期8．理念的世界《中學(xué)物理教學(xué)參考》2004年第9期9．科學(xué)規(guī)律的形式《中學(xué)物理教學(xué)參考》2004年第10期10．存在和變化《中學(xué)物理教學(xué)參考》2004年第11期11．一半隨緣，一半隨機(jī)《中學(xué)物理教學(xué)參考》2004年第12期12．科學(xué)和哲學(xué)的匯合《中學(xué)物理教學(xué)參考》2005年1/2期13．從物質(zhì)、運(yùn)動不滅思想到守恒定律《中學(xué)物理教學(xué)參考》2005年第3期14．人擇原理《中學(xué)物理教學(xué)參考》2005年第4期15．永恒的魅力《中學(xué)物理教學(xué)參考》2005年第5期連載1東方文化的魅力《物理教師》2007年第3期連載2燦爛的古希臘文化《物理教師》2007年第4期連載3科學(xué)的興起《物理教師》2007年第5期連載4科學(xué)改變了世界《物理教師》2007年第6期連載5人類的交通變革《物理教師》2007年第7期連載6從結(jié)繩記事到互聯(lián)網(wǎng)《物理教師》2007年第8期連載7娛樂的意義《物理教師》2007年第9期連載8戰(zhàn)爭文化的變遷《物理教師》2007年第10期連載9凝固的音樂《物理教師》2007年第11期連載10文明的兩翼《物理教師》2007年第12期連載11科學(xué)精神《物理教師》2008年第1期連載12科學(xué)美《物理教師》2008年第2期連載13科學(xué)的文化背景《物理教師》2008年第3期連載14科學(xué)的社會建制《物理教師》2008年第4期連載15從蒙難到和諧《物理教師》2008年第5期連載16法的科學(xué)背景《物理教師》2008年第6期連載17文化的載波《物理教師》2008年第8期連載18理性的呼喚《物理教師》2008年第9期連載19時代精神的精華《物理教師》2008年第10期分工：文化視角論科學(xué)（姜水根）古希臘文化（陳青華）科學(xué)家的思維（楊繼林）歷史上最美麗的物理實(shí)驗(yàn)（楊榕楠）方法：從文史哲三條路徑進(jìn)行貫通

目標(biāo)：文理貫通、中西貫通、古今貫通二、實(shí)踐《文化視角論科學(xué)》教學(xué)目標(biāo)：1．從文化的視角加深對物理知識的理解；2．了解物理理論建立的文化背景；3．對物理科學(xué)方法、技能跟科學(xué)史建立有機(jī)的聯(lián)系；4．更牢固地樹立科學(xué)精神和人文精神；5．樹立東西方文化互補(bǔ)的思想，建立正確的世界觀。內(nèi)容：3.東西方文化的對比

從琴棋書畫談起中西方樂器二胡揚(yáng)琴制作材料農(nóng)業(yè)和工業(yè)大號小提琴鋼琴命運(yùn)交響曲滄海一聲笑中國音樂：以曠達(dá)悠深見長，突出“情”和“景”的交融。

西方音樂：以深刻嚴(yán)肅見長，大都帶有正劇或悲劇色彩。節(jié)奏明快、音域?qū)拸V，曲調(diào)剛健、情緒激昂、氣魄宏大，體現(xiàn)出陽剛美。曲調(diào)：5音系統(tǒng)和7音系統(tǒng)宮、商、角、徵、羽

(變宮、變徵)西方注重對音樂的定量研究

100Hz的鋼琴聲的波形曲線由16個不同頻率簡諧波組成的聲譜C調(diào)自然音階的頻率8∶9，9∶10，15∶16，8∶9，9∶10，8∶9，15∶16，8∶9高8度的頻率關(guān)系是1∶2大三和弦Do、Mi、Sol的頻率之比為4∶5∶6點(diǎn)線行棋和空間行棋棋中國象棋將、士、象、車、馬、砲、兵國際象棋King（王）Queen（后）Bishop（主教）Castle（城堡）Knight（騎士）Pawn（兵）科學(xué)技術(shù)水平婦女地位行為方式空間觀念圍棋思維

圍棋得與失實(shí)地和外勢大場和急所厚與薄死與活表現(xiàn)中國文化的思維圍棋十訣一、不得貪勝二、入界宜緩三、攻彼顧我四、棄子爭先五、舍小就大六、逢危須棄七、慎勿輕速八、動須相應(yīng)九、彼強(qiáng)自保十、勢孤取和書（文字）中國：象形文字、象圖畫、書寫不便西方：拼音文字、象音樂、學(xué)習(xí)容易書法縮寫跟科學(xué)的關(guān)系324王羲之書法：平和自然，委婉含蓄，飄若游云，矯若驚蛇懷素書法：筆法瘦勁，飛動自然，如驟雨旋風(fēng)，隨手萬變。

科學(xué)上的表述

乙丙丁甲

徐光啟采用的表述法法曰：甲乙直線上求立平邊三角形。先以甲為心，乙為界作丙乙丁圓，次以乙為心，甲為界作丙甲丁圓，兩圓相交于丙、于丁。末自甲至丙、丙至乙，各作直線，即甲乙丙為平邊三角形。

畫中國美術(shù)：寫意，借物抒懷，追求寧靜淡泊的閑情逸致西方美術(shù)：寫實(shí)，追求靈肉沖突的生命體驗(yàn)，且把繪畫當(dāng)作一門科學(xué)。席里柯

(1791-1824年):《梅杜莎之筏》描繪了遇難者居高呼喊遠(yuǎn)方的救生船的緊張瞬間。畫面結(jié)構(gòu)宏偉、情感激越、氣勢磅礴。人體塑造堅(jiān)實(shí)有力，光影對比強(qiáng)烈，整個色調(diào)陰森沉郁，顯示出震撼人心的悲劇力量。透視原理消失點(diǎn)馬薩喬的《圣三位一體》畢沙羅的《蒙馬特爾大街的傍晚》

達(dá)·芬奇《最后的晚餐》

清明上河圖達(dá)·芬奇的《維特魯威人》:

圓圈的中心點(diǎn)是肚臍，兩腿之間的空間是一個等邊三角形。頸部的寬度等于下巴骨到雙眼的距離；把頸部的寬度乘以15，等于人身高。把手掌用力張開，大拇指指尖與小指指尖間距離相等于腳板的長度(由腳丫到與腳趾相連的地方)。

牛頓的色散實(shí)驗(yàn)

莫奈的日出·印象凡高的向日葵畢加索：《阿維農(nóng)少女》

馬格里特《溫室》超現(xiàn)實(shí)主義愛因斯坦相對論1.使學(xué)生知道科學(xué)是起源古希臘的，了解古希臘學(xué)者的思想；2.培養(yǎng)學(xué)生熱愛自然，思考自然的科學(xué)態(tài)度；3.培養(yǎng)學(xué)生的審美能力和追求真理的熱忱；4.使學(xué)生了解古希臘學(xué)者思考問題方法和對自然、對人生的態(tài)度。

《古希臘文明》教學(xué)目標(biāo)：內(nèi)容：科學(xué)家的思維：和諧圓的信仰1.從圓到橢圓科學(xué)家的思維：畢達(dá)哥拉斯

Pythagoras(ca560–ca480BC)

Cosmos（宇宙）

一個和諧而有規(guī)律的體系

天文學(xué)首先是追求宇宙的和諧，而不是狹義地去擬合觀測。柏拉圖

Plato(428～348BC)

同心球模型月、日、水、金、火、木、土柏拉圖的《蒂邁歐》Timaeus

為什么天體進(jìn)行圓周運(yùn)動？

柏拉圖的論證

宇宙的本質(zhì)是和諧的

和諧的體系是絕對完美的

絕對完美的軌道是圓形

天體都按照圓形軌道繞地球運(yùn)行

柏拉圖同心球模型的缺點(diǎn)

個別異?，F(xiàn)象的存在，并不說明和諧這一理性的原則錯了。

拯救現(xiàn)象！

行星似乎沒有按照圓形的軌道運(yùn)動歐多克斯

Eudoxus（409～356BC)

同心球模型concentricspheres

同心球模型：太陽外層天球，24小時旋轉(zhuǎn)一周第2層天球，每年旋轉(zhuǎn)一周第3層天球，太陽附綴其上，每年旋轉(zhuǎn)一周太陽運(yùn)動軌跡亞里士多德

Aristotle(384-322BC)

亞里士多德的宇宙觀

地球是一個球

北極星高度

大海上的帆船

月食白道月全食月偏食半影月食月亮的路線月全食月偏食半影月食亞里士多德

Aristotle(384-322BC)

地球是宇宙的中心，絕對靜止不動

所有天體必須按照勻速的圓周運(yùn)動

恒星的視差UniformCircularMotion

自由落體恒星視差太陽AB月亮地球金星太陽火星水晶球模型

crystallinespheres月、水、金、日、火、木、土

同心球-水晶球模型

優(yōu)點(diǎn)

日月運(yùn)行的快慢行星的順行與逆行

缺點(diǎn)

行星的亮度變化行星到地球的距離不變月、日、水、金、火、木、土阿波隆尼ApolloniusofPerga(260～220BC)

阿波隆尼的本輪均論模型P本輪均輪C地球亮暗亮希帕恰斯

Hipparchus

公元前2世紀(jì)ES’BASOECD

希帕恰斯偏心圓模型：太陽托勒密

Ptolemy(ca100-ca170)

大匯編至大論天文學(xué)大成TheGreatestHunaynibnIshaq,850AD

Almagest

Alexandria,150AD

托勒密的《天文學(xué)大成》

約公元一百五十年完成阿拉伯文版《天文學(xué)大成》(九世紀(jì)初)拉丁文版《天文學(xué)大成》托勒密的地心說宇宙模型Epicycle

本輪P行星E地球CDeferent均輪

阿波隆尼的本輪—均論模型P本輪

托勒密的本輪—均輪模型地球EOE’CEquant對應(yīng)點(diǎn)均輪P地球?qū)?yīng)點(diǎn)EOE’CA

本輪之上的本輪

托勒密本輪—均輪模型的問題

亞里士多德的原則

勻速的圓周運(yùn)動

UniformCircularMotion

本輪的圓心繞對應(yīng)點(diǎn)(Equant)運(yùn)動

角速度均勻，線速度不均勻EOE’C

托勒密模型本輪中心C在均輪上繞對應(yīng)點(diǎn)E’以相同的角速度運(yùn)動

圖斯(al-Tusi)模型本輪中心C在圓A上勻速運(yùn)動，點(diǎn)A在圓O上勻速運(yùn)動PEO’CAOE’

圖斯(al-Tusi)的發(fā)明

圖斯雙圓（TusiCouple）

沙蒂爾（al-Shatir）的水星模型

沙蒂爾（al-Shatir）的行星模型

托勒密體系

行星逆行的原因

優(yōu)點(diǎn)

第一次為所有天體運(yùn)動提供了系統(tǒng)、完整、詳盡、定量的解釋。

缺點(diǎn)

外行星本輪上的向徑了解一些經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容，擴(kuò)展知識面；了解實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)生背景、探索過程等，培養(yǎng)學(xué)習(xí)物理的興趣；3.

了解科學(xué)家們在探索新規(guī)律時常用的思維方法，提高創(chuàng)造力；

4.培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度；5.

培養(yǎng)審美能力，提高大家的美學(xué)修養(yǎng)?！稓v史上最美麗的物理實(shí)驗(yàn)》教學(xué)目標(biāo)：內(nèi)容：兩大資源：1.電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)最美麗的物理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)背景1.物質(zhì)波理論的創(chuàng)立

法國物理學(xué)家德布羅意，原來學(xué)歷史，第一次世界大戰(zhàn)期間曾在軍隊(duì)服役從事無線電工作。平時愛讀彭加勒、洛侖茲和朗之萬的科學(xué)著作。后對普朗克、愛因斯坦和玻爾的工作發(fā)生了興趣，轉(zhuǎn)而研究物理學(xué)。退伍后隨朗之萬攻讀物理學(xué)博土學(xué)位。他的兄長莫里斯·德布羅意是一位研究X射線的專家，曾在1911年第一屆索爾威會議上擔(dān)任秘書，負(fù)責(zé)整理文件。那次會議的主題是關(guān)于輻射和量子論。會議文件對路易斯有很大啟發(fā)。莫里斯和另一位X射線專家布拉格聯(lián)系密切。布拉格曾主張過X射線的粒子性。這個觀點(diǎn)對莫里斯很有影響，所以他經(jīng)常跟弟弟討論波和粒子的關(guān)系。路易斯·德布羅意（1892-1987）2.三篇重要的論文

1923年9-10月間，德布羅意連續(xù)在《法國科學(xué)院通報(bào)》上發(fā)表了三篇有關(guān)波和量子的論文。第一篇是《輻射——波與量子》，提出了實(shí)物粒子也有波粒二象性，認(rèn)為與運(yùn)動粒子相應(yīng)的還有一正弦波，兩者總保持相同的位相。后來他把這種假想的非物質(zhì)波稱為相波。第二篇題為《光學(xué)——光量子、衍射和干涉》的論文中，德布羅意提出如下設(shè)想：“在一定情形中，任一運(yùn)動質(zhì)點(diǎn)能夠被衍射。穿過一個相當(dāng)小的開孔的電子群會表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象。正是在這一方面，有可能尋得我們觀點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證?！钡谌}為《量子氣體運(yùn)動理論以及費(fèi)馬原理》的論文中他進(jìn)一步提出，“只有滿足位相波諧振，才是穩(wěn)定的軌道”。在第二年的博士論文中，他更明確地寫下了：“諧振條件是，即電子軌道的周長是位相波波長的整數(shù)倍?！?/p>

德布羅意的論文發(fā)表后，當(dāng)時并沒有多大反應(yīng)，一些人認(rèn)為他的想法過于玄妙。后來朗之萬將論文寄了一份給愛因斯坦。愛因斯坦向來欣賞物理學(xué)中的對稱性，對德布羅意的想法很感興趣，竭力支持。愛因斯坦在給朗之萬的復(fù)信中對德布羅意的工作給于很高的評價，聲稱這是“揭開了大幕的一角”。同年愛因斯坦寫信給洛侖茲，詳細(xì)地談到德布羅意的工作：“我們熟知的M·德布羅意的弟弟已經(jīng)對解釋玻爾和索末菲的量子規(guī)則作了非常有趣的解釋。我相信這對于揭示我們物理學(xué)中最難以捉摸的謎，開始露出了一線微弱的光芒。我還發(fā)現(xiàn)了支持他的解釋的一些東西。”3.愛因斯坦的支持4.兩個重要的關(guān)系式方程的意義：方程把粒子性的特征量與波的特征量有機(jī)地統(tǒng)一起來，顯示了粒子波粒二象性之間的本質(zhì)關(guān)系。通過方程可實(shí)現(xiàn)粒子的特征量與波的特征量之間的相互轉(zhuǎn)換。普朗克常量h成為德布羅意方程是否起實(shí)際作用的分水嶺。由于普朗克常量h的值很小，與宏觀粒子相伴隨的物質(zhì)波長趨近于零。方程對宏觀粒子的運(yùn)動沒有實(shí)際意義。

1925年，戴維遜—革末用具有一定波長(一定能量)的電子，垂直地射向金屬鎳單晶的平面上，觀察散射電子束的強(qiáng)度與散射角的關(guān)系。右圖中，電子槍K發(fā)射電子，電子束在晶體表面上被散射，與入射方向成θ角的散射電子束，被與電流計(jì)相連的法拉第圓筒收集。由電流計(jì)的讀數(shù)可以測出散射電子束的強(qiáng)度。當(dāng)θ

角取某些特定值時，散射電子束的強(qiáng)度有極大值。這與X射線的衍射現(xiàn)象相同，從而很好的證明了電子具有波動性。5.德布羅意波的證實(shí)戴維遜和湯姆生因發(fā)現(xiàn)電子衍射現(xiàn)象而獲得1937年諾貝爾物理學(xué)獎。德布羅意提出的物質(zhì)波思想是一次偉大的綜合。完全對立的波和粒子觀念，第一次既互相排斥又彼此協(xié)調(diào)地貫穿于物理現(xiàn)象之中。

1926年，G·P·湯姆生讓電子通過金屬箔獲得了衍射圖樣。二、電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)視頻：

1961年，德國物理學(xué)家約恩孫在銅膜上開了縫寬為0.3μm，縫長為50μm，相鄰縫間距為1μm的單縫、雙縫、三縫、四縫、五縫做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中采用50kV電壓加速電子，利用電磁透鏡放大在距狹縫35cm處圖像。約恩孫1.實(shí)驗(yàn)裝置2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：理查德·費(fèi)曼：仔細(xì)地思考雙縫實(shí)驗(yàn)的意義，我們就能夠一點(diǎn)一滴地了解整個量子力學(xué)。透過雙縫實(shí)驗(yàn)，我們可以明了量子世界的真諦。一種看法是“波由粒子組成”。認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中的干涉條紋是組成波的電子之間相互作用的結(jié)果。事實(shí)證明這種看法是錯誤的，如在電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中減小電流的強(qiáng)度，使電子幾乎一個一個地從電子槍射出時，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)通過的電子數(shù)比較少時，照相底片上只是一些無規(guī)則的點(diǎn)子，但當(dāng)時間足夠長，收集了大量電子以后，底板上顯示了與用強(qiáng)度大的電子流做實(shí)驗(yàn)時一樣的條紋。這說明電子的波動性并不依賴于大量電子在空間聚集和相互作用，既使單個電子也具有波動性。3.歷史上的錯誤解釋另一種看法是“粒子由波組成”。把粒子看成是物質(zhì)波的“波包”。所謂波包是指如圖所示那樣，其振幅只限于很小的空間范圍內(nèi)出現(xiàn)的波，它是由許多頻率連續(xù)分布的簡諧波合成的。這種觀點(diǎn)把一個粒子就看成是一個波包：波包的大小就是粒子的大小。理論證明物質(zhì)波包必然要擴(kuò)散，形象地說隨著時間的推得粒子將要愈變愈‘胖”。這與實(shí)驗(yàn)事實(shí)是矛盾的。4.

電子的物質(zhì)波到底是什么？玻恩：單個粒子在空間的位置是不確定的，但有一定的幾率分布，這分布是由物質(zhì)波的強(qiáng)度決定的，在物質(zhì)波強(qiáng)度大的地方，粒子出現(xiàn)的幾率大。薛定諤：可以認(rèn)為是抹開的電子。費(fèi)曼：物體之所以發(fā)生干涉，是因?yàn)槲矬w從出發(fā)點(diǎn)到終點(diǎn)的路程有無數(shù)多條，其中一些路徑正好能發(fā)生干涉，而其他不是。由于物質(zhì)自身的內(nèi)秉性質(zhì)，通過對無數(shù)多條可能路徑的路徑積分，我們可以得到一個結(jié)論：一切不合事實(shí)的路徑總歸是相互抵消的。

在諸多證明實(shí)物粒子的波動性的實(shí)驗(yàn)中，電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是最本質(zhì)、最完整的，它被稱做是十大“最美麗”的物理實(shí)驗(yàn)之首!之所以“美麗”，是因?yàn)樗卯?dāng)年托馬斯·楊證明光是一種波的方法證明了電子是一種具有波的特性的物質(zhì)，詮釋了量子理論中的“幾率波”的描述方式，告訴人們應(yīng)如何放棄經(jīng)典力學(xué)的思維而接受量子力學(xué)的革命。5.實(shí)驗(yàn)的意義

具有波粒二象性的物質(zhì)波概念在理論和實(shí)驗(yàn)上得到證實(shí)后，實(shí)物粒子的波動性便迅速得到廣泛的應(yīng)用。由于電子波長比可見光波長小10-3～10-5數(shù)量級，從而可大大提高顯微鏡的分辨率。1932年德國的魯斯卡成功制造出第一臺電子顯微鏡，電子顯微鏡的分辨能力可以達(dá)到0.1nm。1981年德國的賓尼西制造出第一臺掃描隧道顯微鏡(STM)，分辨率可達(dá)0.01nm。兩人分享了1986年的諾貝爾物理學(xué)獎。第一臺電子顯微鏡三、應(yīng)用第一臺掃描隧道顯微鏡2.

試計(jì)算電子干涉實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)50kV的加速電場后電子束的波長。

四、思考題：1.

約恩孫實(shí)驗(yàn)時用50kV電壓加速電子束，然后垂直射到雙縫上，在與雙縫距離約為35cm的屏上得到了干涉條紋，但條紋間距很小。下面哪些方法一定能使條紋間距變大？（

）

A．降低加速電子的電壓，同時加大雙縫間的距離

B．降低加速電子的電壓，同時減小雙縫間的距離

C．加大雙縫間的距離，同時使屏靠近雙縫

D．減小雙縫間的距離，同時使屏遠(yuǎn)離雙縫4.牛頓色散實(shí)驗(yàn)最美麗的物理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)背景1.中國古代對色散的研究

莊子:“陽灸陰為虹”。根據(jù)陰陽五行說對虹成因的認(rèn)識。

孔穎達(dá)（唐朝）發(fā)展了莊子的觀點(diǎn)，研究虹的成因，提出“若云薄漏日，日照雨滴則虹生”。

后人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)：以壺噴水背日而成虹，這是最早的色散實(shí)驗(yàn)。

一、實(shí)驗(yàn)背景1.中國古代對色散的研究

孫彥先（北宋）：“虹乃雨中日影也，日照雨則有之”，強(qiáng)調(diào)虹是日影。

沈括在《夢溪筆談》中的描述：在一個初雨初霽的黃昏。他看到大澗上出現(xiàn)了虹，虹的兩頭垂入澗中，自西朝東望，便可看見;站在澗東向西望時，卻被陽光閃爍得一點(diǎn)也看不見。這證明虹的位置和太陽的相對位置有關(guān)。

在研究自然色散的同時，人們還注意到許多天然晶體也能產(chǎn)此色散現(xiàn)象，峨嵋山的一種菩薩石（石英），日光射之有五色。沈括（1031-1095）

李時珍（明代）在《本草綱目》中記述了菩薩石晶體的形狀和光通過它所產(chǎn)生的色散現(xiàn)象:“其質(zhì)六棱式大如棗栗，其色螢潔，映日則光彩微芝，有小如螢珠則五色燦然可喜，亦石英類也?！?/p>

結(jié)論：無論是較大的水晶體或是較小的水晶珠，在遇到太陽時都會發(fā)生色散現(xiàn)象。

方以智（1611-1671）在他的名著《物理小識》一書中分析了光線通過水晶所出現(xiàn)的色散現(xiàn)象:

“凡寶石面凸，則成一條，有數(shù)棱則必有一面五色，如峨嵋(山)放光石六面也。水晶壓紙三面也，燒料三面水晶亦五色，峽日射飛泉成五色；人于回墻間向日噴水，亦成五色。故知虹霓之彩，星月之暈，五色之云，皆同此理”。這是對我國有關(guān)色散現(xiàn)象觀測的一個總結(jié)。2.歐洲科學(xué)家對色散的認(rèn)識（1）伊本·海賽姆（約965-1039）阿拉伯著名學(xué)者，在光學(xué)、天文學(xué)和數(shù)學(xué)方面都有杰出貢獻(xiàn)，是阿基米德之后又一位偉大的物理學(xué)家。他的光學(xué)著作譯成拉丁文于13世紀(jì)在歐洲出版，書名《光學(xué)寶典》其主要內(nèi)容有：a.擯棄古希臘人的人眼向物體發(fā)出觸須引起視覺的舊觀念，提出是物體發(fā)出光線或反射太陽光進(jìn)入眼睛產(chǎn)生視覺；b.提出了人眼的解剖構(gòu)造；

c.明確了反射定律，詳細(xì)討論曲面鏡的反射成像規(guī)律；d.討論了光通過不同媒質(zhì)界面的折射，為斯涅耳建立折射定律奠定基礎(chǔ)；研究了透鏡的成像原理，發(fā)現(xiàn)透鏡的曲面是造成光線折射的原因，并非組成透鏡的物質(zhì)有什么魔力。2.歐洲科學(xué)家對色散的認(rèn)識（2）開普勒因襲亞里士多德的觀點(diǎn):各種不同的顏色是由亮和暗按各種比例混合而成的。白色陽光通過古老教堂的彩色玻璃窗之所以變得五顏六色，就好象白衣服放入了不同染料的溶液中被染了色一樣。

（3）1611年，斯帕拉特羅的主教多米尼斯用裝滿水的玻璃球再現(xiàn)了虹現(xiàn)象，認(rèn)為虹是由反射光中得到的，其形成與棱鏡中顏色的形成相似。

（4）笛卡爾在《屈光學(xué)》中提出彩虹的第一個定量理論，但未能解釋彩虹顏色交替的原因。馬爾庫斯·馬爾齊（1595-1667年），在1648年曾用棱鏡使日光分散，得到光譜。但馬爾齊對顏色仍用亞里士多德的明端和暗端的凝聚來解釋，認(rèn)為棱鏡的折射產(chǎn)生了色，而不是僅僅把已經(jīng)存在的色分離開來。同時代的格里馬爾迪、胡克等人亦研究過白光分散或聚集成顏色的問題，并用棱鏡折射得到光譜。笛卡爾（1596-1660）二、牛頓的色散實(shí)驗(yàn)

牛頓想改進(jìn)望遠(yuǎn)鏡的兩個缺陷：球面像差和色差。

從1663年起，開始從事光學(xué)研究，并把研究成果寫成題為《關(guān)于光和色的新理論》一文發(fā)表在1672年英國皇家學(xué)會出版的《哲學(xué)學(xué)報(bào)》上?！啊?666年初（當(dāng)時我正磨制一些非球形的光學(xué)玻璃鏡），我磨得一個三角形玻璃棱鏡，用來試一下大家熟悉的顏色現(xiàn)象。我遮暗了我的房門并把窗簾開了一個小孔，讓適當(dāng)?shù)年柟馔高M(jìn)來。在光的入口處放了一塊棱鏡，使光折射到對面的墻上。開始時看到那里產(chǎn)生各種光彩奪目的鮮艷顏色，感到非常有趣……”

牛頓發(fā)現(xiàn)：從圓孔射出的光，經(jīng)過棱鏡后，并不呈現(xiàn)圓形，而是一些條形的彩帶，這些條形的長寬之比約為5:1，譜帶顏色按紅橙黃綠蘭靛紫排列。

對于這一現(xiàn)象，他曾懷疑是由于棱鏡厚度不均，棱鏡位置或入射光方向所決定的，因而曾多次調(diào)換棱鏡，改變棱鏡位置，旋轉(zhuǎn)棱鏡，改變?nèi)肷涔獾姆较?，但光譜的形狀確并無明顯變化。

牛頓斷言：彩帶的出現(xiàn)，一定不是由棱鏡所決定的。他又拿了一個棱鏡，讓已經(jīng)色散了的光再度穿過第二棱鏡，結(jié)果發(fā)現(xiàn)色光又復(fù)合為白光，且其方向與入射前白光的方向完全一致，就好象完全沒有經(jīng)過偏折一樣。結(jié)論:顏色不是光在自然物體中折射或反射產(chǎn)生的，而是光固有的性質(zhì)，這種性質(zhì)對不同的光各不相同。

牛頓再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把通過狹縫后的各種不同的單色光再度通過棱鏡，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們僅僅偏折，而不再出現(xiàn)色散，其中紅光偏折最小，紫光偏折最大。結(jié)論：白色的太陽光是一種由折射率不同的光線組合成的復(fù)雜混合光。

1675年，解釋了日光通過三棱鏡后所以會展現(xiàn)成光譜的原因：顏色是一種原始的、天生的性能，并不是光線經(jīng)過折射或反射而導(dǎo)出的，折射和反射也不能改變它的顏色。牛頓消除了自亞里土多德以來關(guān)于顏色問題的種種糊涂概念。

牛頓進(jìn)一步做了一些實(shí)驗(yàn)，完成了對色散的科學(xué)解釋。列出了有關(guān)光和色的本性的結(jié)論:

1.光線隨著其折射率的不同，顏色也不同。

2.各種顏色的光有各自不同的折射率。

3.光線的顏色和折射程度是其本原的，固有的性質(zhì)，不會因折射、反射或其他任何原因而改變。

4.不同顏色的光的混合，會產(chǎn)生顏色的變化。

5.光分為單色光和復(fù)色光。

6.單色光分紅、黃、綠、藍(lán)和紫幾種，其他顏色的光都是由這些光按不同比例混合而成的。

7.白光是一種復(fù)合光。

8.沒有一種射線能單獨(dú)顯示這種顏色，它是由以上各單色光按一定比例混合而成的等等。三、牛頓實(shí)驗(yàn)結(jié)論四、歌德對牛頓顏色理論的拒斥歌德（Goethe，1749-1832）

歌德把顏色分為三類：生理顏色、物理顏色和化學(xué)顏色。

生理顏色稍縱即逝（如人的太陽穴受到打擊時，感受到各種顏色）；物理顏色也處于變化之中（如虹霓、光譜等）；化學(xué)顏色則比較穩(wěn)定（如顏料、油漆等）。他試圖提出顏色出現(xiàn)的總體理論：當(dāng)光亮與黑暗通過半透明介質(zhì)并相互混合時，就產(chǎn)生了顏色。顏色從對立的兩極產(chǎn)生。