借助光學現(xiàn)象 詮釋生活現(xiàn)象

摘 要：在日常生活中，物理知識和現(xiàn)象隨處可見，并且給人們的生活帶來便利。在各種知識和現(xiàn)象中，光學知識是重要的知識內容，與生活之間有著密切的聯(lián)系。學生全面了解光學知識，能解決生活中的問題，對各種生活現(xiàn)象進行詮釋。因此，在高中物理課堂上，教師應當引導學生深入理解物理光學知識，并將其融入實際生活，對生活現(xiàn)象進行詮釋，進而提高學生物理課堂學習效率。本文結合光學現(xiàn)象和生活之間的聯(lián)系，提出幾點有效的教學策略。

關鍵詞：物理;光學現(xiàn)象;生活現(xiàn)象

中圖分類號：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-624X（2020）48-0060-02

引 言

光學是高中物理學科中的重要知識點，包括光的折射、光的全反射、光的干涉、光的衍射等內容。在教學中，為激發(fā)學生的學習興趣，加深學生理解，教師應為學生列舉一些生活現(xiàn)象，使其感受到學習物理知識的樂趣。這樣，學生在以后的學習中會更加積極主動。

一、運用光的折射詮釋生活現(xiàn)象

光的折射是指光經(jīng)過密度不同的介質時，在界面發(fā)生的偏折現(xiàn)象[1]。學生在初中階段已學習過折射方面的知識，但高中階段要學習的光的折射知識將更為深入。研究發(fā)現(xiàn)，光在不同介質中的傳播速度不同是因為光發(fā)生了折射。為正確應用光學的折射知識解釋生活中的現(xiàn)象，教師應引導學生掌握光的折射定律。

如圖1所示，假設光從空氣中射入水中，那么入射光線、折射光線及法線處在同一平面內;入射與折射光線處在法線的兩側;入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即sini/sinr=n;當入射角增大時，折射角也會相應地增大。

應用光的折射知識可解釋生活中一些常見的現(xiàn)象，如將筷子放在水杯中就會看到筷子像被折斷了一樣;從水池上方觀察水中的魚，發(fā)現(xiàn)魚實際所在的深度比觀察到的要深。以觀察魚為例，光線通過魚的反射從水進入空氣中到達人眼，因水的密度與空氣的密度不同，所以當光線從水中進入空氣中時會在界面上發(fā)生折射，導致人眼的觀察出現(xiàn)錯覺。那么魚所處位置的實際深度與人看到的魚所處位置的深度之間存在什么關系呢？運用所學的光的折射定律不難解釋，假設魚所處位置的實際深度和人看到的魚所處位置的深度分別使用H，h表示，則H/h=n，n表示光線從水中進入空氣中的折射率。另外，生活中的海市蜃樓情景，也可以使用光的折射知識進行解釋。眾所周知，受到溫度的影響，空氣在垂直方向上的密度不同，其中上方的空氣密度較小，下方的空氣密度較大。真實的街道情境反射的光線從下向上傳播，經(jīng)過密度不同的大氣界面時發(fā)生折射，人們看到的街景就猶如在天上。

二、運用光的全反射詮釋生活現(xiàn)象

當光由一種介質射到另一種介質時，光線不發(fā)生折射，而全部返回到原介質之中繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫作全反射現(xiàn)象。光線發(fā)生全反射現(xiàn)象時需要滿足一定的條件。由光的折射定律可知，光從光密介質進入光疏介質時，折射角大于入射角;當入射角增大到某一角度時，折射角達到90°;折射光線完全消失，只剩下反射光線，此時稱該入射角為臨界角。假設入射角為C，折射角剛好為90°，由折射定律可知：sin90°/sinC=n，則sinC=1/n。

由上可知，光發(fā)生全反射現(xiàn)象應滿足以下兩個條件：其一，光從光密介質射入光疏介質;其二，入射角大于或等于臨界角，其中臨界角的正弦滿足sinC=1/n。

應用光的全反射知識可解釋很多生活中常見的現(xiàn)象，如水中或玻璃中的氣泡看起來特別明亮，原因就在于水或玻璃中的氣泡為光疏介質，光經(jīng)過水或玻璃照射氣泡時，一部分光會發(fā)生全反射，使得更多的光線反射到人眼中，人眼就會感覺氣泡特別明亮。另外，光纖通信具有容量大、衰減小、抗干擾能力強等優(yōu)點，被廣泛應用于通信領域。而光導纖維傳輸信息可以應用光的全反射知識進行解釋。如圖2所示，光導纖維由特殊的玻璃絲制作而成，由內芯與外層透明介質兩層構成，其中內芯的折射率大于外層的折射率。光在傳播的過程中在內芯與外層界面之間發(fā)生了全反射，能確保信息從一端向另一端的完整傳輸。

三、運用光的干涉詮釋生活現(xiàn)象

光的干涉是指光在重疊區(qū)域出現(xiàn)加強或減弱的現(xiàn)象。光要想出現(xiàn)干涉現(xiàn)象需要滿足兩束光的頻率相同、相位差恒定這些條件。光的干涉形成的圖樣具有以下特征：條紋具有相等的寬度，各相鄰條紋具有相等的間距，條紋清晰、亮度基本相同，其中相鄰明條紋和暗條紋的距離與波長成正比[2]。

研究發(fā)現(xiàn)，對于兩個光源產(chǎn)生的光的干涉現(xiàn)象，其到達光屏上的路程差為光波長的整數(shù)倍時，就會在光屏上出現(xiàn)明條紋;其路程差為光半波長的奇數(shù)倍時，在光屏上就會出現(xiàn)暗條紋。

運用光的干涉知識可解釋生活中肥皂泡常?？雌饋硎遣噬默F(xiàn)象。肥皂泡豎直面上的一部分，受到重力的作用，會形成上薄下厚的楔形，如圖3所示。光線照射到其上時，膜的前表面和后表面反射的兩列波具有相同的頻率且方向一致，就會產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象。反射出的光為波峰與波峰疊加或波谷與波谷疊加時，就會形成亮條紋;反射的光為波峰與波谷疊加時就會形成暗條紋。

另外，光的干涉現(xiàn)象常被應用在一些產(chǎn)品上，如照相機鏡片上增加增透膜就是運用光的干涉原理。人對綠光較為敏感，在其鏡頭上增加厚度為綠光在增透膜中波長1/4的增透膜，會提高綠光的投射強度。而紅光與紫光具有較大的反射強度，因此相機的鏡頭看起來常為藍色或者淡紫色。

四、運用光的衍射詮釋生活現(xiàn)象

光的衍射現(xiàn)象是指光繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。事實上，并非所有光遇到障礙物就會產(chǎn)生衍射，光發(fā)生衍射現(xiàn)象需要滿足一定的條件，即障礙物或孔的尺寸與光的波長相差不多或比光的波長小。光的衍射分為單縫衍射、圓孔衍射、圓盤衍射等，不同的衍射產(chǎn)生的圖樣存在一定差別[3]。例如，單色光衍射圖樣的兩側為明暗相間但不同的條紋，中央為最亮最寬的條紋;圓孔的衍射圖樣是明暗相間的、間距不等的同心圓環(huán)，越向外間距越小;圓盤衍射圖樣為明暗相間、間距不等的同心圓環(huán)，越向外間距越小，且在其中心會出現(xiàn)一個亮斑。另外需要注意的是，光的衍射圖樣與光的干涉圖樣較為相近。在分析光的衍射圖樣時，教師應注重將其與光的干涉圖樣區(qū)分開來，避免學生將它們混淆在一起。其中，光的衍射圖樣中處在中間位置的亮紋寬度較寬，而且條紋的間距及寬度均是相等的;光的干涉圖樣的條紋是等間距的，而且明暗相間。

只要細心觀察，認真分析，我們就會發(fā)現(xiàn)生活中的一些現(xiàn)象是光的衍射造成的，如我們將眼睛瞇成一條線或者用絲巾遮擋眼睛，觀察發(fā)光的電燈就會看到電燈周圍有彩色的花紋，這正是光線繞過眼睛的縫隙形成的。另外，我們使用一個電燈照射一個障礙物時，會發(fā)現(xiàn)其影子的邊緣模糊不清，這種現(xiàn)象也是由于光的衍射形成的。古語云：“未見其人，先聞其聲”，這是對光和聲音衍射特性的反映。在光的衍射中，我們需要根據(jù)衍射出現(xiàn)的條件，判斷是否產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。由于在兩者之間存在較大的障礙物，其中一個人發(fā)出可見光的波長較短，并且不能夠繞過障礙物而發(fā)生衍射傳播到障礙物后的另一個人眼睛里，我們不能看到其人;由于人的聲波波長相對較長，能夠繞過障礙物傳播到后面的另一個人耳朵里，我們可以聽見其聲音。

五、運用光的色散、散射詮釋生活現(xiàn)象

在陽光充足的白天，或者雨后有太陽照射的情況下向空中噴水，我們可以明顯看到七色彩虹。由于空氣中水分的增加，天空中部分空氣的折射率增加，有太陽光照射時，光線發(fā)生折射現(xiàn)象，使得不同顏色的光出現(xiàn)分離現(xiàn)象，呈現(xiàn)出不同的顏色，而且光中含有其他顏色，我們看到的彩虹是七色的。由于每種介質對不同頻率的光的折射率不同，不同顏色的光會出現(xiàn)相應的分離現(xiàn)象，此現(xiàn)象在生活中被稱為色散。在觀看不同粗糙程度的物體表面時，我們會感覺到反射的光線強度不同，即便觀察到的物體是黑色，也會有同樣的觀看感受。這是因為各種物體都會吸收電磁波。但是，物體的材質不同，對不同波段光的吸收程度不同。有的材質因為對某些頻率的光吸收較多，其反射的光線少，強度較弱;有些材質因為表面粗糙程度不同，對光線反射方向不同，粗糙度越大，其散射可能性越大，從而使發(fā)射某一方向的光線減少。天空中的空氣是無色的，但是天空看上去卻是藍色的，這是什么原因造成的呢？這主要是因為空氣中一些水汽或者小顆粒對光線產(chǎn)生散射作用。教師通過解釋這樣的生活現(xiàn)象，能幫助學生掌握光學知識，使其理解生活中的物理現(xiàn)象。

結 語

光學現(xiàn)象涉及的知識點較多，部分知識較為相近。為使學生深入理解、掌握不同光學現(xiàn)象間的區(qū)別，并能靈活運用其解釋生活中常見的現(xiàn)象，教師應逐一為學生講解相關概念，借助多媒體技術為學生講解相關光學現(xiàn)象的形成原因，使其真正理解光學現(xiàn)象本質。同時，教師應積極創(chuàng)設相關的生活情境，鼓勵學生根據(jù)自己的理解進行解釋，在鞏固其所學知識的同時，不斷提高其靈活運用所學知識分析問題的能力。

[參考文獻]

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作者簡介：陳海林（1980.10—），女，江蘇泰州人，本科學歷，中學高級物理教師，研究方向：高中物理教學。