高中物理光學(xué)知識對生活現(xiàn)象的解釋

摘 要：自然界的許多自然現(xiàn)象都涉及物理知識。本文利用高中物理的光學(xué)知識來說明自然界中的幾種常見現(xiàn)象。學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的熱情增強(qiáng)，同時學(xué)生對物理學(xué)的興趣增強(qiáng)。激發(fā)學(xué)生對探索物理謎題的好奇心，提高學(xué)生對物理知識和技能的理解和應(yīng)用效率。

關(guān)鍵詞：高中物理；光學(xué)知識；生活現(xiàn)象；解釋

高中物理在整個教學(xué)系統(tǒng)中屬于一個重要組成部分。特別是光學(xué)知識在現(xiàn)實生活中發(fā)揮著重要作用，它在理解社會現(xiàn)象和提高人們生活質(zhì)量方面起著關(guān)鍵作用，在當(dāng)下照明、激光設(shè)備以及光傳輸?shù)阮I(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。然而，高中物理中光學(xué)理論的知識主要來源于自然現(xiàn)象或日常生活現(xiàn)象。因此，在學(xué)習(xí)了高中物理知識之后，又從物理學(xué)的角度解釋了其實現(xiàn)的基本原理，將高中物理的學(xué)習(xí)理論提高到一個新的水平。

一、 生活現(xiàn)象中的高中物理光學(xué)知識解釋

（一） 海市蜃樓

關(guān)于“海市蜃樓”小學(xué)課本上就出現(xiàn)過。在科學(xué)不發(fā)達(dá)的時代，許多統(tǒng)治者相信這是上帝的能力和化身。事實上，這些自然場景是一種奇怪的光學(xué)現(xiàn)象。那么，這些現(xiàn)象如何形成呢？

以海平面為例，由于海水熱容量大，在太陽光照射下，海水的溫度低于沙、空氣等，導(dǎo)致越接近海水的地方溫度越低，使海平面以上的空氣形成從低到高的溫度梯度。空氣的密度隨溫度而變化。溫度越低，密度越高。溫度越高，密度越低，因此在海平面上形成從高到低的密度梯度。在密度不同的介質(zhì)中，折射率變化，密度越大，折射率越大，即折射角越大；密度越小，折射率越小，即折射角越小，如圖一。因此，當(dāng)海岸附近的建筑物、行人、車輛等的反射光等某些特殊物體照射到海平面上時，折射率梯度發(fā)生變化，從而折射光不再像固定密度的空氣中直行，而是偏向海平面，如此觀察者可以看到遠(yuǎn)處景物的虛像，如圖二所示。

（二） 雨后彩虹

彩虹是在大雨過后太陽出來時常見的自然現(xiàn)象。彩虹是一種由各種顏色組成的“色帶”，通常表現(xiàn)為外部紅色、紫色和其他顏色，與光帶的圓形排列平行。由于彩虹的豐富多彩，它為人們創(chuàng)造了許多浪漫的機(jī)會，激發(fā)了許多文人和詩人的靈感。彩虹背后的基本原則是什么？

在解釋彩虹這一自然現(xiàn)象前先了解以下幾點基本物理知識：（1）光是電磁波。像日常生活中的手機(jī)信號和WiFi信號一樣，光線是通過電磁場傳播的現(xiàn)象。人眼的關(guān)鍵蛋白可以對某些頻率的電磁波產(chǎn)生光敏性。這意味著某些頻段的電磁波可以被人看到。我們稱之為可見光。（2）日光是我們常見的可見光，是白色的，但它是一種由紅、黃、橙、綠、藍(lán)、青、紫等各種顏色的可見光組合而成的復(fù)合光。（3）可見光可以在空氣、水、玻璃等不同介質(zhì)中傳輸，但由于介質(zhì)屬性不同，其傳播速度不盡相同，如果傳輸介質(zhì)不變，可見光將以直線直行。如果介質(zhì)改變，可見光路徑將在介質(zhì)的邊界處彎曲。不同頻率的可見光具有不同程度的彎曲。（4）當(dāng)可見光在介質(zhì)中傳播時，如果遇到某種反射介質(zhì)，光束將被對稱反射。如果遇到小顆粒，光束將散射，即方向改變。雨后彩虹出現(xiàn)了，原因為大雨剛結(jié)束許多雨滴懸浮在空氣中，當(dāng)太陽出來時，大量的陽光（復(fù)合光）射入空中。當(dāng)遇到懸浮在空中的雨滴時，會發(fā)生特殊的折射和反射。如圖三所示：

（三） 宇宙膨脹論

宇宙膨脹理論是天文物理學(xué)研究宇宙的重要理論。相信許多行星逐漸遠(yuǎn)離地球，宇宙正在不斷擴(kuò)張。導(dǎo)出宇宙膨脹理論的重要參考指標(biāo)可由地球的光譜數(shù)據(jù)來解釋。這屬于生活中非常普遍的一種現(xiàn)象，諸如：當(dāng)火車進(jìn)站鳴笛時，火車站的人會感覺到火車的聲音越來越高，而當(dāng)火車離開火車站時，聲調(diào)會越來越低，這是聲波多普勒現(xiàn)象。聲音也是波存在的一種形式。當(dāng)列車進(jìn)入車站時，由于火車靠近運動，由哨聲源產(chǎn)生的固定頻率將隨著列車的速度而改變。聲音接收器認(rèn)為速度會增加，距離保持不變，傳播的時間將縮短，對于聲波而言，頻率將會變高。在列車出站時，頻率便會降低。

同樣，宇宙中的許多行星發(fā)光。如果行星與地球的距離恒定，那么類似于聲學(xué)多普勒現(xiàn)象，地球上接收的光的頻率與行星發(fā)出的光的頻率相同。然而，如果行星逐漸遠(yuǎn)離地球，地球上接收到的光波的頻率應(yīng)該小于行星發(fā)出的光波的頻率，反之亦然。在宇宙研究過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)許多行星的光譜頻率向低頻紅光移動，這意味著頻率正在逐漸下降。根據(jù)光多普勒效應(yīng)，大多數(shù)行星都遠(yuǎn)離地球。

二、 結(jié)束語

綜上所述，物理本身并不是很神秘，許多理論都源于生活現(xiàn)象。高中物理的研究可能與生活現(xiàn)象有關(guān)。如果物理知識可以用來解釋生活中的特殊現(xiàn)象，那么對物理知識的研究就會更進(jìn)一步。

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作者簡介：

徐匯文，山東省濱州市，山東省北鎮(zhèn)中學(xué)新校區(qū)。