高中物理光學(xué)現(xiàn)象在生活中的體現(xiàn)

姚溶俊

摘 要：學(xué)習(xí)來源于實踐，更來源生活，筆者對于生活中的常見現(xiàn)象，特別是天氣現(xiàn)象極為好奇。基于此，本文通過自身經(jīng)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(xiàn)象進(jìn)行了光學(xué)的解釋和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：物理 光學(xué)現(xiàn)象 生活 現(xiàn)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(xué)知識，它在光學(xué)儀器、照明設(shè)備、激光設(shè)備、光感傳輸?shù)阮I(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。然而高中物理中的光學(xué)理論知識，大都來源于自然現(xiàn)象或者日常的生活現(xiàn)象，所以在對高中物理知識學(xué)習(xí)之后，反過來從物理角度解釋它們實現(xiàn)的基本原理，對于高中物理的學(xué)習(xí)水平提升將會有很大的幫助。

1 、 光波的長短變化與吸收現(xiàn)象

在上學(xué)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(shè)計呢？根據(jù)我們所學(xué)的光學(xué)知識可了解到紅光波長最長，而波長越長越容易發(fā)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(yuǎn)，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(lián)系呢？曾有一位老師告訴我，如果霞的顏色是干紅，預(yù)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(fā)現(xiàn)這是有一定的科學(xué)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(guān)，加之相對于青光，水滴對紅光的吸收能力更強(qiáng)，所以當(dāng)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)一個內(nèi)紫外紅，顏色排列有規(guī)律的半圓形彩環(huán)，也稱彩虹。那么彩虹又是怎么形成的？由于太陽光是一種復(fù)合光，而這些不同顏色的色光其對應(yīng)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(zhì)的折射率不同，而折射率不同的光線又會發(fā)生色散現(xiàn)象，因此當(dāng)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(zhì)時會發(fā)生折射，而當(dāng)進(jìn)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(fā)生全反射，而由于發(fā)生全反射的光線會反射出水珠，此時光線就會發(fā)生散射，因此光線會因頻率的不同，由復(fù)合光分散成七種色光，即紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫，當(dāng)然完全有可能發(fā)生第一次全發(fā)射之后，光線還是不能射出的情況，而此時它還會出現(xiàn)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(shù)年輕人有在公園里劃船的經(jīng)歷，拿我自身來說，就經(jīng)常在湖面上遇到使人視覺產(chǎn)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(fā)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(xiàn)象。同時由于太陽光是自然光，經(jīng)過鏡面反射后通常形成了部分偏振光，而經(jīng)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(shè)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(jīng)過偏振片后會被大大減弱，從而達(dá)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(dāng)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(dāng)光線照在上面會發(fā)生漫反射，加之折射光線也無規(guī)則，因此無法反映清晰的景象，而當(dāng)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(guī)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(yīng)

不知道大家有沒有聽過宇宙膨脹學(xué)說，它認(rèn)為很多星球都是逐漸遠(yuǎn)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(biāo)，就是根據(jù)星球的光譜數(shù)據(jù)來進(jìn)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(xiàn)象，例如：火車進(jìn)站鳴笛時，在火車站內(nèi)的人會感覺到火車聲音音調(diào)越來越高，而在火車離站鳴笛時音調(diào)會越來越低，這就是聲波的多普勒現(xiàn)象。聲音也是一種波的存在形式，當(dāng)火車進(jìn)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(rèn)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(fā)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(xiàn)象，地球上接收到的光波頻率與該星球的光波發(fā)射頻率則相同。但是，如果該星球逐漸遠(yuǎn)離地球，那么在地球上接收到的光波頻率應(yīng)該小于該星球光波發(fā)射頻率，反之亦然。

5、光的干涉與衍射現(xiàn)象

全息技術(shù)作為一種新型的投影技術(shù)，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(zhuǎn)換成在空間上變化的強(qiáng)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(jīng)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(xiàn)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(xiàn)的圖象立體感強(qiáng)，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(xiàn)原物的整個圖象，而這就是全息技術(shù)的光學(xué)原理。

6、 總結(jié)

生活是我們最好的老師，只要我們處處留心生活，就會發(fā)現(xiàn)其實物理就在身邊。培養(yǎng)善于觀察周圍事物的能力，并用所學(xué)知識進(jìn)行合理的解釋，可使我們能夠了解到物理現(xiàn)象，并能幫助我們進(jìn)行試驗操作，激發(fā)我們學(xué)習(xí)物理的興趣。

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