高中物理光学现象在生活中的体现

姚溶俊

摘 要：学习来源于实践，更来源生活，笔者对于生活中的常见现象，特别是天气现象极为好奇。基于此，本文通过自身经历，对生活中常见的交通指示灯、朝霞、彩虹、镜面反射，以及全息投影等现象进行了光学的解释和总结。

关键词：物理 光学现象 生活 现象

高中物理是整个物理科目中非常重要的一部分，尤其是光学知识，它在光学仪器、照明设备、激光设备、光感传输等领域都得到了广泛的应用。然而高中物理中的光学理论知识，大都来源于自然现象或者日常的生活现象，所以在对高中物理知识学习之后，反过来从物理角度解释它们实现的基本原理，对于高中物理的学习水平提升将会有很大的帮助。

1 、 光波的长短变化与吸收现象

在上学的路上，我们可看到交通指示灯颜色为红、黄、绿三色，那么大家知道它為什么会这样设计呢？根据我们所学的光学知识可了解到红光波长最长，而波长越长越容易发生衍射，且红光比较醒目，在即使有雾的天气中也更容易被看见，因此交通指示灯正是借助了红光的光程远，被散射光线少的原理，被采用作为禁止通行的信号。另外，民间有俗语“朝霞不出市，晚霞走千里”的说法，那么，大家知道霞和天气之间有什么联系呢？曾有一位老师告诉我，如果霞的颜色是干红，预示是晴天；如果霞的颜色是深红色，则表示今天会下雨。起初我不信，后来发现这是有一定的科学道理的。因为霞的颜色主要与大气中的悬浮微粒和水蒸气的含量有关，加之相对于青光，水滴对红光的吸收能力更强，所以当霞是深红色时，表示空气中的水分子较多，可能下雨，而颜色是干红色时则相反。

2 、 光的折射现象

夏日的午后，雨过天晴，在阳光照射的对面天空中，我们有时会发现一个内紫外红，颜色排列有规律的半圆形彩环，也称彩虹。那么彩虹又是怎么形成的？由于太阳光是一种复合光，而这些不同颜色的色光其对应的波长不同，也就是说它们的频率是不同的，又由于频率不同的色光对于同一种介质的折射率不同，而折射率不同的光线又会发生色散现象，因此当太阳光照射到小水珠上时，由于空气与水的折射率不同，光线在射入两种不同折射率的介质时会发生折射，而当进入水珠里的光线由于其折射率比空气的折射率更大，满足全反射的条件与一定的角度时，其会发生全反射，而由于发生全反射的光线会反射出水珠，此时光线就会发生散射，因此光线会因频率的不同，由复合光分散成七种色光，即红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，当然完全有可能发生第一次全发射之后，光线还是不能射出的情况，而此时它还会出现第二次或者是第三次全反射，而这就是彩虹形成的原因，也是我觉得神奇的地方。

3 、 光的镜面反射和漫反射

相信我们大多数年轻人有在公园里划船的经历，拿我自身来说，就经常在湖面上遇到使人视觉产生疲劳的耀眼炫光，从而影响到划船的舒适度，而这是因为在水的表面同时发生了镜面反射和漫反射，它们的反射光在重叠时就造成了这种炫光现象。同时由于太阳光是自然光，经过镜面反射后通常形成了部分偏振光，而经过漫反射后是非偏振光，这些从水平面上反射回来的光中含有大量在水平方向振动的直线偏振光，因此只有将水平方向振动的偏振光减弱，才能消除水面上形成的炫光，所以游客们遇到这种情况时，都会戴上与普通眼镜外观相同的偏振太阳眼镜。这种偏振太阳眼镜中设计安装了偏振轴在竖直方向的偏振片，水面上沿水平方向振动的偏振光在经过偏振片后会被大大减弱，从而达到“吸收”的效果，因此游客就不会感到有炫光刺眼。另外，大家都知道磨砂玻璃能够透光但不能反射清晰景象，但是当磨砂玻璃沾水变湿后，就变得透明了，而这是由于磨砂玻璃的表面是凹凸不平的，当光线照在上面会发生漫反射，加之折射光线也无规则，因此无法反映清晰的景象，而当磨砂玻璃沾上水以后，凹凸不平的表面被填满，光线就能保持规则的折射方向，故能使人看清楚磨砂玻璃另一面的景物。

4 、 光谱效应

不知道大家有没有听过宇宙膨胀学说，它认为很多星球都是逐渐远离地球的，宇宙处在不断膨胀过程中，而得出宇宙膨胀论的一项重要参考指标，就是根据星球的光谱数据来进行说明的。起初，我对此表示很惊讶也不相信，但生活中却有类似此原理的现象，例如：火车进站鸣笛时，在火车站内的人会感觉到火车声音音调越来越高，而在火车离站鸣笛时音调会越来越低，这就是声波的多普勒现象。声音也是一种波的存在形式，当火车进站时，由于火车处在靠近运动中，鸣笛声源生成的固定频率会随着火车速度的变化而变化。声音接受者认为，速度会增加，距离不变，而传播时间则会变短，对于声波来说，频率则会变高，在火车出站时，频率则会降低。同样觉得不可思议的是与上文声波原理相同，在书中看到有研究者说宇宙中很多星球都会发光，假如一个星球相对于地球距离不变，那么类似于声波多普勒现象，地球上接收到的光波频率与该星球的光波发射频率则相同。但是，如果该星球逐渐远离地球，那么在地球上接收到的光波频率应该小于该星球光波发射频率，反之亦然。

5、光的干涉与衍射现象

全息技术作为一种新型的投影技术，其第一步是利用光的干涉原理记录物体光波信息，即被拍摄物体在激光辐射下形成漫射式的物光束，而另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，与物光束叠加形成干涉，通过把物体光波上各点的相位和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的间隔将物体光波的信息记录下来，而记录着的干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图；其第二步是利用光的衍射原理再现物体光波信息，即全息图在激光照射下，其衍射光波一般可给出两个像，即原始像和共轭像，再现的图象立体感强，具有真实的视觉效果，全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，所以它的每一部分都能再现原物的整个图象，而这就是全息技术的光学原理。

6、 总结

生活是我们最好的老师，只要我们处处留心生活，就会发现其实物理就在身边。培养善于观察周围事物的能力，并用所学知识进行合理的解释，可使我们能够了解到物理现象，并能帮助我们进行试验操作，激发我们学习物理的兴趣。

参考文献：

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