光現象及其在生活中的應用淺析

摘 要：日常生活與光現象密切相關。本文以光現象及其在生活中的應用為研究內容，對光的反射、折射、全反射、干涉、衍射等五種現象進行了相關闡述，從而加深了人們對于光現象的認識。

關鍵詞：光現象；生活；應用

光學是高中物理課程中一個重要的學習模塊，是研究光的行為、性質以及與物質相互作用的物理學科，與我們的生活息息相關。通曉并掌握光學在日常生活中的具體應用，既能調動高中生的學習熱情，同時還能學以致用、以用促學。

光學按照不同的研究目的分為兩大分支。一支叫幾何光學，指利用幾何學的概念、方法分析研究光的傳播規律，包括光的反射、折射、全反射等現象；另一支叫物理光學，即研究光的性質及光與物質相互作用的規律，包括光的干涉、衍射等現象。

一、生活中光的反射應用

光的反射，指光在兩種介質的分界面上改變傳播方向，又返回原介質中的現象。在日常生活中，光的反射被應用于很多方面。例如，人們用來著裝打扮的平面鏡、為行車安全在道路拐彎處和停車場出入口處設置的凸面鏡，以及在各類科技博物館中供人們消遣娛樂的哈哈鏡都是典型的光反射應用，其成像原理均是將光線從一種介質射向另一種介質，其后在界面處又返回到第一種介質中而形成的具有等大、發散或匯聚等特點的虛像現象。

二、生活中光的折射應用

光的折射，指光從一種介質傳播到另一種介質中時，光線發生偏折、拐彎的現象。生活中光的折射現象極其常見，如斜放在水中的筷子看上去似乎變彎了；較深的清水池塘看上去卻比較淺。除此之外，我們戴的光學眼鏡、用的顯微鏡、望遠鏡、放大鏡、照相機等也都是利用不同介質中光的傳播速度不同這一光的折射原理制成的。研究表明，光速在兩種不通透明介質中的差異越大，其偏折程度越明顯。

三、生活中光的全反射應用

光的全反射，指當光從折射率較小的光密介質射入折射率較大的光疏介質時，折射角隨入射角逐漸增大至90°時，折射光消失，入射光線全部反射的現象。自然界里，光的全反射現象有許多，如晨光下晶瑩剔透的露珠、水或玻璃器皿中浮現的“鉆石”氣泡，以及驚現于海面或沙漠之中的“海市蜃樓”等均是光的全反射發生所致。

與光的反射和光的折射相同，光的全反射用途也不小。其中“光纖”就是典型的例子。“光纖”，即光導纖維。是一種能夠傳導光波和各種光信號的纖維，直徑為1-100μM左右，可一定程度彎曲。“光纖”由內芯和外套兩層構成。其中，內芯的折射率比外套的折射率要大。光從一端進入，在內芯與外套的界面上發生多次全反射后，便從另一端射出。與傳統電纜通訊相比，光導纖維由于具有柔軟、不怕震、抗電磁干擾性強、通訊容量大、成本低以及彎曲時也能傳播光和圖像等優點，因此目前多被應用于醫學、國防、通信等領域。其中，最重要的應用之一就是在醫學領域，利用內窺鏡等精密儀器，使外科醫生能夠深入到人體內部某一較小范圍，通過遙控進行觀察并做手術。

四、生活中光的干涉應用

光即波，干涉乃波之特性。光的干涉指當兩束或多束性質相同的光波在某空間相遇時，其中一些相互增強，而另一些相互削弱，進而形成穩定的、明暗相間的條紋的現象。生活中，我們經常能看到一些光的薄膜干涉現象。例如，雨過天晴，我們開車駛過積水的柏油馬路時，會形成一片片五彩繽紛的薄油膜，這就是光波相互干涉導致的景象。究其原因，一是因為漂浮在水面上的油膜被由復色光組成的太陽照射時，一部分會被油膜表面反射，另一部分會進入油膜內部，被油膜下面的水表面反射；二是由于不同油膜厚度各異，太陽光中不同波長的單色光在不同厚度的地方，有的得到加強，有的卻會減弱，甚至抵消。因此導致油膜上有的地方呈現藍紫色，有的地方又呈現出橙色。

光的干涉在工業生產中有著非常重要的作用。其不僅可以用來檢查工鏡面或其他精密工件表面是否平整，而且還可以通過加鍍增透膜來增加照相機、望遠鏡等光學儀器的光強。以鏡面加工為例，一般先是采用精密鑄造工藝制作出一個高精度的平面玻璃樣板；其次，讓玻璃樣板與待測件表面緊密接觸。若待測件表面平整，則二者間形成的空氣薄膜會呈現等厚或規則楔形，且在光線的照射下出現均勻、平行、間隔相等的直線條紋；若待測表面不平整，凸起或凹下，則光線照射下的條紋就會出現非均勻或彎曲狀。

五、生活中光的衍射應用

光的衍射，指光波在傳播途中遇到狹縫、小孔等障礙物時能夠繞過障礙物，進入幾何陰影，并于觀察屏上呈現光強分布不均勻的現象。光的衍射現象告訴我們，平時人們常說的“光沿直接傳播”的說法并不科學，其僅僅是一種特殊情況。一般，光在無障礙物的勻質介質中或障礙物尺寸遠大于光波長度時是沿直線傳播的，但在障礙物尺寸小于光波長度時，光的衍射現象則十分明顯。

近年，隨著科技的快速發展，光的衍射應用越來越廣泛。比較直接的應用有兩大類：一類是運用光的衍射分析觀察屏上衍射圖樣的結構或測量衍射屏的相關參數，如對晶體結構和紡織工業細沙的研究；另一類是運用光的衍射制造各種衍射屏，為不同研究目的進行服務，如全息照相。全息照相是一種能夠記錄和再現光波全部信息的三維立體新技術，當前在醫學領域使用得非常普遍。與傳統X射線診斷相比較，其既能觀察到實物般的直觀圖像，又能觀察到身體內部的連續動作，因此大大提高了確診率，促進了治療的發展。

此外，全息照相在軍事、電影、電視等方面也已得到了充分使用。

六、結語

光現象多彩多姿、奇妙無窮，又無時不在、無處不有。探索光現象的變化規律，揭示其物理本質，是我們孜孜以求的目標。

參考文獻：

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[2]劉志敏.高考理科綜合基礎行[M].新世紀出版社，2011.

[3]吳旭琴.生活中的物理學[M].甘肅文化出版社，2013.

作者簡介：鮑星海（2001-），男，漢族，就讀于陜西西安西北大學附屬中學。