高中物理光學現象在生活中的體現

姚溶俊

摘 要：學習來源于實踐，更來源生活，筆者對于生活中的常見現象，特別是天氣現象極為好奇。基于此，本文通過自身經歷，對生活中常見的交通指示燈、朝霞、彩虹、鏡面反射，以及全息投影等現象進行了光學的解釋和總結。

關鍵詞：物理 光學現象 生活 現象

高中物理是整個物理科目中非常重要的一部分，尤其是光學知識，它在光學儀器、照明設備、激光設備、光感傳輸等領域都得到了廣泛的應用。然而高中物理中的光學理論知識，大都來源于自然現象或者日常的生活現象，所以在對高中物理知識學習之后，反過來從物理角度解釋它們實現的基本原理，對于高中物理的學習水平提升將會有很大的幫助。

1 、 光波的長短變化與吸收現象

在上學的路上，我們可看到交通指示燈顏色為紅、黃、綠三色，那么大家知道它為什么會這樣設計呢？根據我們所學的光學知識可了解到紅光波長最長，而波長越長越容易發生衍射，且紅光比較醒目，在即使有霧的天氣中也更容易被看見，因此交通指示燈正是借助了紅光的光程遠，被散射光線少的原理，被采用作為禁止通行的信號。另外，民間有俗語“朝霞不出市，晚霞走千里”的說法，那么，大家知道霞和天氣之間有什么聯系呢？曾有一位老師告訴我，如果霞的顏色是干紅，預示是晴天；如果霞的顏色是深紅色，則表示今天會下雨。起初我不信，后來發現這是有一定的科學道理的。因為霞的顏色主要與大氣中的懸浮微粒和水蒸氣的含量有關，加之相對于青光，水滴對紅光的吸收能力更強，所以當霞是深紅色時，表示空氣中的水分子較多，可能下雨，而顏色是干紅色時則相反。

2 、 光的折射現象

夏日的午后，雨過天晴，在陽光照射的對面天空中，我們有時會發現一個內紫外紅，顏色排列有規律的半圓形彩環，也稱彩虹。那么彩虹又是怎么形成的？由于太陽光是一種復合光，而這些不同顏色的色光其對應的波長不同，也就是說它們的頻率是不同的，又由于頻率不同的色光對于同一種介質的折射率不同，而折射率不同的光線又會發生色散現象，因此當太陽光照射到小水珠上時，由于空氣與水的折射率不同，光線在射入兩種不同折射率的介質時會發生折射，而當進入水珠里的光線由于其折射率比空氣的折射率更大，滿足全反射的條件與一定的角度時，其會發生全反射，而由于發生全反射的光線會反射出水珠，此時光線就會發生散射，因此光線會因頻率的不同，由復合光分散成七種色光，即紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫，當然完全有可能發生第一次全發射之后，光線還是不能射出的情況，而此時它還會出現第二次或者是第三次全反射，而這就是彩虹形成的原因，也是我覺得神奇的地方。

3 、 光的鏡面反射和漫反射

相信我們大多數年輕人有在公園里劃船的經歷，拿我自身來說，就經常在湖面上遇到使人視覺產生疲勞的耀眼炫光，從而影響到劃船的舒適度，而這是因為在水的表面同時發生了鏡面反射和漫反射，它們的反射光在重疊時就造成了這種炫光現象。同時由于太陽光是自然光，經過鏡面反射后通常形成了部分偏振光，而經過漫反射后是非偏振光，這些從水平面上反射回來的光中含有大量在水平方向振動的直線偏振光，因此只有將水平方向振動的偏振光減弱，才能消除水面上形成的炫光，所以游客們遇到這種情況時，都會戴上與普通眼鏡外觀相同的偏振太陽眼鏡。這種偏振太陽眼鏡中設計安裝了偏振軸在豎直方向的偏振片，水面上沿水平方向振動的偏振光在經過偏振片后會被大大減弱，從而達到“吸收”的效果，因此游客就不會感到有炫光刺眼。另外，大家都知道磨砂玻璃能夠透光但不能反射清晰景象，但是當磨砂玻璃沾水變濕后，就變得透明了，而這是由于磨砂玻璃的表面是凹凸不平的，當光線照在上面會發生漫反射，加之折射光線也無規則，因此無法反映清晰的景象，而當磨砂玻璃沾上水以后，凹凸不平的表面被填滿，光線就能保持規則的折射方向，故能使人看清楚磨砂玻璃另一面的景物。

4 、 光譜效應

不知道大家有沒有聽過宇宙膨脹學說，它認為很多星球都是逐漸遠離地球的，宇宙處在不斷膨脹過程中，而得出宇宙膨脹論的一項重要參考指標，就是根據星球的光譜數據來進行說明的。起初，我對此表示很驚訝也不相信，但生活中卻有類似此原理的現象，例如：火車進站鳴笛時，在火車站內的人會感覺到火車聲音音調越來越高，而在火車離站鳴笛時音調會越來越低，這就是聲波的多普勒現象。聲音也是一種波的存在形式，當火車進站時，由于火車處在靠近運動中，鳴笛聲源生成的固定頻率會隨著火車速度的變化而變化。聲音接受者認為，速度會增加，距離不變，而傳播時間則會變短，對于聲波來說，頻率則會變高，在火車出站時，頻率則會降低。同樣覺得不可思議的是與上文聲波原理相同，在書中看到有研究者說宇宙中很多星球都會發光，假如一個星球相對于地球距離不變，那么類似于聲波多普勒現象，地球上接收到的光波頻率與該星球的光波發射頻率則相同。但是，如果該星球逐漸遠離地球，那么在地球上接收到的光波頻率應該小于該星球光波發射頻率，反之亦然。

5、光的干涉與衍射現象

全息技術作為一種新型的投影技術，其第一步是利用光的干涉原理記錄物體光波信息，即被拍攝物體在激光輻射下形成漫射式的物光束，而另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，與物光束疊加形成干涉，通過把物體光波上各點的相位和振幅轉換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的間隔將物體光波的信息記錄下來，而記錄著的干涉條紋的底片經過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖；其第二步是利用光的衍射原理再現物體光波信息，即全息圖在激光照射下，其衍射光波一般可給出兩個像，即原始像和共軛像，再現的圖象立體感強，具有真實的視覺效果，全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，所以它的每一部分都能再現原物的整個圖象，而這就是全息技術的光學原理。

6、 總結

生活是我們最好的老師，只要我們處處留心生活，就會發現其實物理就在身邊。培養善于觀察周圍事物的能力，并用所學知識進行合理的解釋，可使我們能夠了解到物理現象，并能幫助我們進行試驗操作，激發我們學習物理的興趣。

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