1. 1. 光的本性
对光的本性的认识，有如下四种学说：
(1)微粒说(以牛顿为代表)：把光看成是机械微粒。 (2)波动说(以惠更斯为代表)：认为光是一种机械波。 (3)电磁说(以麦克斯韦为代表)：认为光是一种电磁波。 (4)光子说(以爱因斯坦为代表)：认为光是光量子。
这些学说及其相关实验事实使人们对光的本性的认识逐渐深入。现在人们认为，光是具有电磁本质的物质，它既有波动性，又有微粒性。 2. 2. 光的微粒学说
关于光的本性的一种早期学说。在17世纪末期，牛顿提出了光的微粒学说，他认为光是一种具有完全弹性的球形微粒，大量地聚集组成的。这些微粒以高速度作直线运动，并且只有在介质发生变更时才会有速度的变化，速度的变化则用介质对微粒的作用力来解释，牛顿从这种论据出发说明了光的直进现象、反射定律和折射定律。然而微粒说无法解释一束光射到两种介质分界面处会同时发生反射和折射以及几束光交叉相遇时会毫无妨碍地互相穿过等现象。但由于牛顿在学术界有很高的声望致使微粒说在100多年的长时间里一直占着主导地位，直到19世纪初人们观察了光的干涉、衍射等现象，并测定了光束从而说明了牛顿微粒说是不正确的。在这里应说明牛顿的微粒和近代的“光的两重性学说”中的微粒有着本质区别。
3. 3. 光的波动说
关于光的本性的一种早期学说。荷兰物理学家惠更斯创立了波动说。他在1690年于《光论》一书中写道“光同声一样是以球形波面传播的”。并且指出光振动所达到的每一点都可视为次波的振动中心。次波的包络面为传播着的波的波阵面(波前)。惠更斯的学说说明了光在相同介质或不同介质中的传播的方向问题以及与此相关的反射和折射定律。但没有对光的波长、周期性等波动有密切联系的概念加以解释，直到19世纪初惠更斯的原理得到了补充。1801年英国物理学家托马斯·杨巧妙而简单地解决了相干光源的问题。成功地观察到了光的干涉现象，为波动说取得公认和迅速发展奠定了基础。德国工程师菲涅耳以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了惠更斯-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。在进一步的研究中观察到了光的偏振和偏振光的干涉。19世纪中叶光速的测定证明，光密介质中的光速小于光疏介质中的光速，进一步证实波动说的正确。19世纪60年代麦克斯韦的光的电磁理论使光的波动说发展到一个新的阶段。
在此处应清楚平常两只电灯的光相遇看不见干涉现象不是因为光的频率太高，干涉图样太细小看不清楚，而是因为两只电灯属非相干光源。还应分辨马路上汽油膜呈现彩色；把两块平板玻璃板用手紧紧地捏在一起，会从玻璃板上面看见彩色条纹是属于干涉现象，而从平行于日光灯狭缝看日光灯会看到平行于日光灯的彩色条纹主要是衍射现象。而雨后天空有美丽的长虹是由于色散。
4. 4. 光的电磁说
说明光在本质上是电磁波的理论。是英国物理学家麦克斯韦提出的。 惠更斯的波动说揭露了光的波动性，成功地解释了光的干涉、衍射和偏振等许多光的现象，可是在解释光是什么样的波动过程问题时，却错误地认
为光是某种弹性介质中传播的机械波，但光的速度极大而且在真空中也能传播，因此使波动说遇到困难。
19世纪60年代麦克斯韦在研究电磁场理论时预言，电磁场向外传播形成电磁波，电磁波是横波，其传播速度和光速相同。并且推导出介质折射率
质中的速度。麦克斯韦认为光是一种波长很短的电磁波而不是在弹性介质中传播的机械波。1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在，后来人们又作了许多实验证明电磁波和光波一样也能产生干涉、衍射和偏振等现象。这相当于从实验上证明了电磁波的存在。光的电磁说虽然取得了很大成功，但仍然只是部分地反映了物质世界的客观实际。 5. 5. 光谱
复色光经过色散系统分光后按波长的大小依次排列的图案，如太阳光经过分光后形成按红橙黄绿蓝靛紫次序连续分布的彩色光谱。有关光谱的结构，发生机制，性质及其在科学研究、生产实践中的应用已经累积了很丰富的知识并且构成了一门很重要的学科──光谱学。光谱学的应用非常广泛，每种原子都有其独特的光谱，犹如人们的“指纹”一样各不相同。它们按一定规律形成若干光谱线系。原子光谱线系的性质与原子结构是紧密相联的，是研究原子结构的重要依据。应用光谱学的原理和实验方法可以进行光谱分析，每一种元素都有它特有的标识谱线，把某种物质所生成的明线光谱和已知元素的标识谱线进行比较就可以知道这些物质是由哪些元素组成的，用光谱不仅能定性分析物质的化学成分，而且能确定元素含量的多少。光谱分析方法具有极高的灵敏度和准确度。在地质勘探中利用光谱分析就可以检验矿石里所含微量的贵重金属、稀有元素或放射性元素等。用光谱分析速度快，大大提高了工作效率。还可以用光谱分析研究天体的化学成分以及校定长度的标准原器等。
6. 6. 分光镜
将复色光分解为光谱并对其进行观察的仪器。其结构图为：管A叫做平行光管，在靠近棱镜P的那端有一个凸透镜L1，管的另一端附有一个宽度可以调节狭缝S，它的位置刚好落在透镜L1的焦平面上。光源发出的光通过L1折射后成为
平行光束射到三棱镜上发生色散。红光偏折最小，紫光偏折最大。B管叫望远镜，靠近棱镜的凸透镜L2是物镜，另一端的凸透镜是目镜L3。从棱镜射来各种颜色的平行光束经过L2会聚在焦平面MN上形成光谱。MN在目镜的焦平面以内，因此从目镜可看到光谱的放大虚像。C管叫标度管，它靠近棱镜的一端有一个凸透镜L4。在L4的焦平面处有一个玻璃刻度尺，用光源照
亮这个标度尺，于是刻度尺上的标线会经L4的折射成为平行光束再经棱镜的一个折射面的反射进入望远镜B里，在焦平面MN处构成刻度尺的像，因此从目镜L3看到落在刻度尺背景上的光谱可以很方便地确定光谱的位置。
7. 7. 摄谱仪
将复色光分解为光谱并且能拍摄光谱照片的仪器，其部件与分光镜相同，即平行光管A、望远镜B和标度管C。区别仅在透镜L2的焦平面MN处置放底板，就能把光谱的照片拍摄下来供反复仔细地比较和研究。
8. 8. 发射光谱
处于高能级的原子或分子在向较低能级跃迁时产生辐射，将多余的能量发射出去形成的光谱。要使原子或分子处于较高能级就要供给它能量这叫激发。被激发的处于较高能级的原子、分子向低能级跃迁放出频率为?的光子。光子能量满足h?=Ei?Ej，h为普朗克常数，Ei、Ej分别为高、低能级能量。在原子光谱的研究中多采用发射光谱，例如氢原子处在正常状态时电子是在离核最近的n=1的可能轨道上运动，这时它的能量最少也比较稳定。当原子受到外界因素的激发时电子吸收一定的能量而跃入其他能量较高的可能轨道上去，这时电子不稳定。它能自发地跳跃到较低能级的可能轨道上并发出一个光子，从不同的能量较高的可能轨道上跳跃到同一能量较低的可能轨道上来时所发出的谱线却属于同一线系，若电子从3、4、5、6??等可能轨道上跳跃到n=2的可能轨道上时所发出的谱线都属于巴尔末线系。大量处于激发态的原子会发出各不相同的谱线组成了氢原子光谱的全部谱线，由于产生的情况不同，发射光谱又可分为连续光谱和明线光谱。
9. 9. 连续光谱
光强度随频率变化呈连续分布的光谱。包含由红到紫各种色光在内的连续彩色光带。按量子力学的观点，原子、分子在两个能级间跃迁时产生光子的频率?=Ei?Ej/h，若Ei、Ej中任何一个(或两个)的数值可连续变化，则?的数值也连续变化就会产生连续光谱。如氢原子光谱中每个线系趋于一个短波极限，波长短于这个极限就出现一个光谱的连续区，这个极限称线系限。如图为氢原子巴尔末线系的连续光谱区。它从H7即巴尔末线系的第七条线(n=7)开始。H表示线系限的理论位置。连续光谱是固体或液体在高温下所发出的光生成的，如弧光灯在炭粒发光，温度高达4000℃。熔融的钢水发光温度也在2000℃左右。光谱实验中为得到吸收光谱就要用连续光谱照射样品。可用氙灯和氘灯做为连续光源。同步加速器的电子产生的连续光谱辐射，从可见
光区伸展到短波紫外区。
10. 10. 明线光谱
原子所发射的线状光谱是在黑暗的背景上只有一些不连续的明线。明线光谱是气体或蒸汽在高温下所发出的光生成的，如把盐类的粉末放在煤气灯或酒精灯的火焰中，盐类就在高温下分解，把这种火焰发出的光射到分光镜
∞
上，除了火焰本身生成微弱的连续光谱以外，还有金属蒸发以后得到炽热蒸汽所生成的明线光谱。观察气体的光谱可以用光谱管。如图，它是一支中间比较细的封闭的玻璃管，里面装低压气体，管的两端有两个电极，把两个电极接到高压电源上，当两个电极通过稀薄气体放电时，气体就发出一定颜色
的光，用分光镜可以看到它的明线光谱。
每种元素都有它自己特有的明线光谱，条数、位置各不相同，称作元素的标识谱线，通过这些谱线可以识别各种元素。
11. 11. 吸收光谱
处于基态和低激发态的原子或分子吸收具有连续分布的某些波长的光而跃迁到各激发态，形成了按波长排列的暗线或暗带组成的光谱。
吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸汽或气体后产生的，如让高温光源发出的白光，通过温度较低的钠的蒸汽就能生成钠的吸收光谱。这个光谱背景是明亮的连续光谱。而在钠的标识谱线的位置上出现了暗线。通过大量实验观察总结出一条规律，即每一种元素的吸收光谱里暗线的位置跟他们明线光谱的位置是互相重合的。也就是每种元素所发射的光的频率跟它所吸收的光频率是相同的。
太阳光谱是一种吸收光谱，是因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层，而在这大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体，太阳光穿过它们的时候跟这些元素的标识谱线相同的光都被这些气体吸收掉了。因此我们看到的太阳光谱是在连续光谱的背景上分布着许多条暗线。这些暗线是德国物理学家夫琅和费首先发现的称为夫琅和费线。
12. 12. 电磁波谱
电磁波的整个频率(或波长)范围，又称频谱。电磁波包括的范围很广，从无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线，X射线到?射线都是电磁波。不同的电磁波产生的机理不同。无线电波是人工制造的，是振荡电路中自由电子的周期性的运动产生的。
红外线、可见光、紫外线；伦琴射线、?射线分别是原子的外层电子、内层电子和原子核受激发后产生的。人们把电磁波按着频率或波长大小的顺序排列成图表称
为电磁波谱。在电磁波谱中各种电磁波由于频率或波长不同而表现出不同的特性，如波长较长的无线电波很容易表现出干涉、衍射等现象，但对波长越来越短的可见光、紫外线、伦琴射线、?射线要观察到它们的干涉衍射现象就越来越困难。但是从电磁波谱中看到各种电磁波的范围已经衔接起来，并且发生了交错，因此它们本质上相同，服从共同的规律，如波的频率f、波长?与波速v之间有v=?f，所有电磁波都以光速c=3×108m/s的速度传播，因而对电磁波有c=?f。频率高的电磁波的波长短，反之频率低的波长就长。
13. 13. 红外线
可见光红端与微波间的电磁波，其波长范围约在7×10?7米~1×10??
米之间。1800年英国物理学家谢赫耳将温度计放在日光光谱的红光区域外侧，发现仍然具有很强的热作用。于是把这种看不见的射线称为红外射线。一切物体都在向外辐射红外线。物体温度越高发射的红外线波段越宽。红外线产生的机理是原子的外层电子受到激发。红外线的最显著特点是其热作用，红外线的波长比红光长，因此衍射现象比较显著，容易穿过云雾烟尘不易被空气中的悬浮粒子吸收。
利用红外线的热作用来加热物体，如烘干油漆和谷物以及进行医疗等，利用对红外线敏感的底片可以进行远距离摄影和高空摄影，从卫星上用红外线对地面摄影可以清晰地看出地面上的物体并且不受白天和黑夜的限制。由于一切物体都在不停地向外辐射红外线，并且不同的物体辐射的红外线的波长和强度不同，因此应用红外线遥感技术可以在飞机或卫星上勘测地热寻找水源、气象预报等。在现代战争中利用红外夜视仪等夜视设备使对方目标历历在目。用红外物理可以探测高温物体的红外辐射。现在红外传感器还用作反导弹的预警等。 14. 14. 紫外线
波长在可见光紫端到X射线间的电磁辐射，其波长范围400~500纳米之间，不能引起人们的视觉。1801年德国物理学家里特发现在日光光谱的紫端外侧一段能够使含有溴化银的照相底片感光，因而发现了紫外线的存在。
自然界的主要紫外线光源是太阳。太阳光透过大气层时波长短于290×10?9米的紫外线为大气层中的臭氧吸收掉。人工的紫外线光源有多种气体的电弧(如低压汞弧、高压汞弧)，紫外线有化学作用能使照相底片感光，荧光作用强，日光灯、各种荧光灯和农业上用来诱杀害虫的黑光灯都是用紫外线激发荧光物质发光的。紫外线还有生理作用，能杀菌、消毒、治疗皮肤病和软骨病等。紫外线的粒子性较强，能使各种金属产生光电效应。
15. 15. X射线
1895年德国物理学家伦琴发现高速度的电子流射到固体表面上，从这些固体表面就发出一种特殊的看不见的射线。开始不知其本质故称其为X射线。后来人们为了纪念伦琴，就把这种射线称为伦琴射线。
X射线大约波长是10?5~103埃的电磁辐射。形成的机理是原子的内层电子受到激发后产生的。在电磁波谱中X射线的长波端与紫外线谱的短波端重叠，短波端与?射线谱重叠。由于伦琴射线不受电场或磁场的作用而偏转，因此可以断定它不是由带电质点形成的。
伦琴射线有极强的穿透能力，它能穿透许多对可见光不透明的物质，在医学上用它检查病变和骨折的情况，在工业上用它来检查金属铸造品内部有否存在气泡以及其它不正常的情况。用波长已知的伦琴射线在晶体上的衍射，可以研究这个晶体的结构。因为许多晶体的晶格常数与X射线的波长是同数量级，因此晶体很适合用以观察伦琴射线衍射。伦琴射线衍射是研究晶体微观结构和缺陷的重要实验方法。 16. 16. 伦琴射线管
