巧借高中物理光學(xué)知識(shí)詮釋自然現(xiàn)象

宋敬東

摘 要：自然界中許多自然現(xiàn)象都涉及到物理知識(shí)，本文巧妙利用高中物理的光學(xué)知識(shí)闡述了自然界中幾種常見的現(xiàn)象。在給學(xué)生增添物理學(xué)科的趣味性的同時(shí)提升了學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)了學(xué)生內(nèi)心對(duì)物理奧秘探究的好奇心，從而提升學(xué)生對(duì)物理知識(shí)與技能的理解程度和運(yùn)用效率。

關(guān)鍵詞：光的折射；光的反射；光的偏振；自然現(xiàn)象

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）12（S）-0047-2

物理學(xué)科是一門自然科學(xué)，然而許多學(xué)過(guò)物理的同學(xué)都感覺物理難學(xué)，高中物理老師也感覺物理難教，這也是教與學(xué)所遇到尷尬局面。其實(shí)日常生活中的各種現(xiàn)象和規(guī)律都是與物理知識(shí)息息相關(guān)的，正是這個(gè)原因，許多學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚興趣。筆者憑借自身從事高中物理教學(xué)工作多年來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)于一系列的日常生活中的自然現(xiàn)象問(wèn)題，巧妙利用物理中的光學(xué)知識(shí)，采取理論聯(lián)系實(shí)際的方式進(jìn)行闡述和解釋，希望能給讀者帶來(lái)一定的幫助和借鑒。

1 自然現(xiàn)象之“海市蜃樓”

小學(xué)語(yǔ)文課本教材中就有關(guān)于海市蜃樓的文章出現(xiàn)。在科學(xué)不發(fā)達(dá)的年代，許多統(tǒng)治者迷信的認(rèn)為這是神的力量和化身。其實(shí)，這些自然界的蜃景是一種比較奇特的光學(xué)現(xiàn)象。那么，這些現(xiàn)象究竟是怎樣形成的呢？

在平靜的海面上，由于水的熱容量比較大，在靠近海平面的上方，空氣的溫度比上空空氣溫度低。根據(jù)大氣層分布特點(diǎn)，空氣的密度隨溫度的升高反而減小，空氣對(duì)光的折射率也是隨溫度的升高而減小?？梢?，在海平面上方空氣可以看成多個(gè)水平空氣層且折射率由下至上是逐漸減小的。遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光由底層空氣射向上空的過(guò)程中，不斷地被折射。根據(jù)折射定律可知光線射向折射率較小的上一層的入射角度越來(lái)越大，圖1所示為光在多個(gè)水平空氣層中的折射現(xiàn)象。當(dāng)光線的入射角度大于該介質(zhì)的臨界角度時(shí)就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，遠(yuǎn)處景物發(fā)出的光線就由高空通過(guò)多層空氣層的折射返回到底層。這些光線可以進(jìn)入處于海岸附近的觀察者的眼中，這樣觀察者就能看到遠(yuǎn)處景物形成的虛像。圖2所示就是海平面上形成的蜃景即海市蜃樓。

2 自然現(xiàn)象之“炫光”

許多人都有在公園里面劃船的經(jīng)歷，在湖面上會(huì)經(jīng)常遇到使人視覺產(chǎn)生疲勞的耀眼的炫光，從而影響游人劃船的質(zhì)量。這是因?yàn)樵谒谋砻嫱瑫r(shí)發(fā)生了鏡面反射和漫反射，它們的反射光重疊時(shí)就造成了這種炫光現(xiàn)象。太陽(yáng)光是自然光，經(jīng)過(guò)鏡面反射后通常形成了部分偏振光，經(jīng)過(guò)漫反射后是非偏振光，這些從水平面上反射回來(lái)的光中含有大量的在水平方向振動(dòng)的直線偏振光。只有將水平方向振動(dòng)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(shí)都會(huì)戴上與普通眼鏡外觀相同的偏振太陽(yáng)眼鏡。這種偏振太陽(yáng)眼鏡中設(shè)計(jì)安裝了偏振軸在豎直方向的偏振片，水面上的沿水平方向振動(dòng)的偏振光經(jīng)過(guò)偏振片后被大大減弱，從而達(dá)到“吸收”的效果，游客就不會(huì)感到有炫光刺眼。

3 自然現(xiàn)象之“彩虹”

俗話說(shuō)：“風(fēng)雨過(guò)后見彩虹”，特別是在夏天雨過(guò)天晴天空出現(xiàn)絢麗的彩虹究竟是如何產(chǎn)生的呢？雨后的天空布滿了大量的小水珠，光線射入水珠這一介質(zhì)中會(huì)發(fā)生折射而引起色散現(xiàn)象。如圖3所示為一條單色光線在水珠中的折射光路圖。

光線1由空氣進(jìn)入介質(zhì)發(fā)在折射為光線2，經(jīng)過(guò)反射后為光線3，再經(jīng)過(guò)一次由介質(zhì)進(jìn)入空氣折射后為光線4。由于自然界的太陽(yáng)光為復(fù)色光（紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫），各色光在水珠介質(zhì)中折射率不同，折射光線的偏折程度就不同。如圖4所示，為紅光與紫光兩種單色光在同一水珠中的光路圖。可見太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)水珠折射和反射以后能夠分解成七種顏色的依次排列的光帶。雨后的天空有大量的水珠，在陽(yáng)光的照射下就形成了各色絢麗的彩虹了。

4 自然現(xiàn)象之“黑花的稀少”

花卉是自然界中人類的朋友。各種奇花異草盛開的花朵爭(zhēng)芳斗艷，不僅凈化空氣而且給人以美的享受。培育與探究植物的工作人員都清楚，在龐大的植物世界里黑色的花卉非常少，出現(xiàn)這種情況的緣由還要從物理學(xué)中的光學(xué)知識(shí)來(lái)解釋。自然界的太陽(yáng)光是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫多種不同波長(zhǎng)和頻率的單色光組成的復(fù)色光，柔嫩的花瓣對(duì)于太陽(yáng)光中的紅、橙和黃色的光具有較強(qiáng)的反射作用，使得花的組織不至于被光的能量灼傷，形成了一種自然的保護(hù)作用。因而，自然界中紅、橙和黃色的花卉比較多，然而黑色對(duì)光的反射作用最差，幾乎全部吸收太陽(yáng)光的能量，被照射的黑色花瓣溫度升高很快，則灼傷黑色花的組織就很容易發(fā)生了，存活的可能性就比較小，長(zhǎng)期以來(lái)黑色花卉的種類就越來(lái)越少。當(dāng)然這也只是黑色花種變少的緣故之一，可能還與花卉自身的生物特性等相關(guān)因素有關(guān)。

總而言之，自然界中許多自然現(xiàn)象都是與物理學(xué)科息息相關(guān)的，人類在探索和改造自然的過(guò)程中離不開物理知識(shí)與能力的合理利用，作為高中物理老師在平時(shí)的課堂教學(xué)中完全可以借助于學(xué)生感興趣的自然奇特現(xiàn)象加以利用，讓學(xué)生感覺物理學(xué)科的樂(lè)趣性，進(jìn)而提高高中物理教育教學(xué)的效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王坤，尤東.生活中的光學(xué)[J].物理教學(xué)探討，2009，（32）：57.

[2]曹俊友.生活中的物理知識(shí)[J].物理教學(xué)探討，2007，（1）：33.

（欄目編輯 陳 潔）

摘 要：自然界中許多自然現(xiàn)象都涉及到物理知識(shí)，本文巧妙利用高中物理的光學(xué)知識(shí)闡述了自然界中幾種常見的現(xiàn)象。在給學(xué)生增添物理學(xué)科的趣味性的同時(shí)提升了學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)了學(xué)生內(nèi)心對(duì)物理奧秘探究的好奇心，從而提升學(xué)生對(duì)物理知識(shí)與技能的理解程度和運(yùn)用效率。

關(guān)鍵詞：光的折射；光的反射；光的偏振；自然現(xiàn)象

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）12（S）-0047-2

物理學(xué)科是一門自然科學(xué)，然而許多學(xué)過(guò)物理的同學(xué)都感覺物理難學(xué)，高中物理老師也感覺物理難教，這也是教與學(xué)所遇到尷尬局面。其實(shí)日常生活中的各種現(xiàn)象和規(guī)律都是與物理知識(shí)息息相關(guān)的，正是這個(gè)原因，許多學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚興趣。筆者憑借自身從事高中物理教學(xué)工作多年來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)于一系列的日常生活中的自然現(xiàn)象問(wèn)題，巧妙利用物理中的光學(xué)知識(shí)，采取理論聯(lián)系實(shí)際的方式進(jìn)行闡述和解釋，希望能給讀者帶來(lái)一定的幫助和借鑒。

1 自然現(xiàn)象之“海市蜃樓”

小學(xué)語(yǔ)文課本教材中就有關(guān)于海市蜃樓的文章出現(xiàn)。在科學(xué)不發(fā)達(dá)的年代，許多統(tǒng)治者迷信的認(rèn)為這是神的力量和化身。其實(shí)，這些自然界的蜃景是一種比較奇特的光學(xué)現(xiàn)象。那么，這些現(xiàn)象究竟是怎樣形成的呢？

在平靜的海面上，由于水的熱容量比較大，在靠近海平面的上方，空氣的溫度比上空空氣溫度低。根據(jù)大氣層分布特點(diǎn)，空氣的密度隨溫度的升高反而減小，空氣對(duì)光的折射率也是隨溫度的升高而減小。可見，在海平面上方空氣可以看成多個(gè)水平空氣層且折射率由下至上是逐漸減小的。遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光由底層空氣射向上空的過(guò)程中，不斷地被折射。根據(jù)折射定律可知光線射向折射率較小的上一層的入射角度越來(lái)越大，圖1所示為光在多個(gè)水平空氣層中的折射現(xiàn)象。當(dāng)光線的入射角度大于該介質(zhì)的臨界角度時(shí)就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，遠(yuǎn)處景物發(fā)出的光線就由高空通過(guò)多層空氣層的折射返回到底層。這些光線可以進(jìn)入處于海岸附近的觀察者的眼中，這樣觀察者就能看到遠(yuǎn)處景物形成的虛像。圖2所示就是海平面上形成的蜃景即海市蜃樓。

2 自然現(xiàn)象之“炫光”

許多人都有在公園里面劃船的經(jīng)歷，在湖面上會(huì)經(jīng)常遇到使人視覺產(chǎn)生疲勞的耀眼的炫光，從而影響游人劃船的質(zhì)量。這是因?yàn)樵谒谋砻嫱瑫r(shí)發(fā)生了鏡面反射和漫反射，它們的反射光重疊時(shí)就造成了這種炫光現(xiàn)象。太陽(yáng)光是自然光，經(jīng)過(guò)鏡面反射后通常形成了部分偏振光，經(jīng)過(guò)漫反射后是非偏振光，這些從水平面上反射回來(lái)的光中含有大量的在水平方向振動(dòng)的直線偏振光。只有將水平方向振動(dòng)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(shí)都會(huì)戴上與普通眼鏡外觀相同的偏振太陽(yáng)眼鏡。這種偏振太陽(yáng)眼鏡中設(shè)計(jì)安裝了偏振軸在豎直方向的偏振片，水面上的沿水平方向振動(dòng)的偏振光經(jīng)過(guò)偏振片后被大大減弱，從而達(dá)到“吸收”的效果，游客就不會(huì)感到有炫光刺眼。

3 自然現(xiàn)象之“彩虹”

俗話說(shuō)：“風(fēng)雨過(guò)后見彩虹”，特別是在夏天雨過(guò)天晴天空出現(xiàn)絢麗的彩虹究竟是如何產(chǎn)生的呢？雨后的天空布滿了大量的小水珠，光線射入水珠這一介質(zhì)中會(huì)發(fā)生折射而引起色散現(xiàn)象。如圖3所示為一條單色光線在水珠中的折射光路圖。

光線1由空氣進(jìn)入介質(zhì)發(fā)在折射為光線2，經(jīng)過(guò)反射后為光線3，再經(jīng)過(guò)一次由介質(zhì)進(jìn)入空氣折射后為光線4。由于自然界的太陽(yáng)光為復(fù)色光（紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫），各色光在水珠介質(zhì)中折射率不同，折射光線的偏折程度就不同。如圖4所示，為紅光與紫光兩種單色光在同一水珠中的光路圖?？梢娞?yáng)光經(jīng)過(guò)水珠折射和反射以后能夠分解成七種顏色的依次排列的光帶。雨后的天空有大量的水珠，在陽(yáng)光的照射下就形成了各色絢麗的彩虹了。

4 自然現(xiàn)象之“黑花的稀少”

花卉是自然界中人類的朋友。各種奇花異草盛開的花朵爭(zhēng)芳斗艷，不僅凈化空氣而且給人以美的享受。培育與探究植物的工作人員都清楚，在龐大的植物世界里黑色的花卉非常少，出現(xiàn)這種情況的緣由還要從物理學(xué)中的光學(xué)知識(shí)來(lái)解釋。自然界的太陽(yáng)光是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫多種不同波長(zhǎng)和頻率的單色光組成的復(fù)色光，柔嫩的花瓣對(duì)于太陽(yáng)光中的紅、橙和黃色的光具有較強(qiáng)的反射作用，使得花的組織不至于被光的能量灼傷，形成了一種自然的保護(hù)作用。因而，自然界中紅、橙和黃色的花卉比較多，然而黑色對(duì)光的反射作用最差，幾乎全部吸收太陽(yáng)光的能量，被照射的黑色花瓣溫度升高很快，則灼傷黑色花的組織就很容易發(fā)生了，存活的可能性就比較小，長(zhǎng)期以來(lái)黑色花卉的種類就越來(lái)越少。當(dāng)然這也只是黑色花種變少的緣故之一，可能還與花卉自身的生物特性等相關(guān)因素有關(guān)。

總而言之，自然界中許多自然現(xiàn)象都是與物理學(xué)科息息相關(guān)的，人類在探索和改造自然的過(guò)程中離不開物理知識(shí)與能力的合理利用，作為高中物理老師在平時(shí)的課堂教學(xué)中完全可以借助于學(xué)生感興趣的自然奇特現(xiàn)象加以利用，讓學(xué)生感覺物理學(xué)科的樂(lè)趣性，進(jìn)而提高高中物理教育教學(xué)的效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王坤，尤東.生活中的光學(xué)[J].物理教學(xué)探討，2009，（32）：57.

[2]曹俊友.生活中的物理知識(shí)[J].物理教學(xué)探討，2007，（1）：33.

（欄目編輯 陳 潔）

摘 要：自然界中許多自然現(xiàn)象都涉及到物理知識(shí)，本文巧妙利用高中物理的光學(xué)知識(shí)闡述了自然界中幾種常見的現(xiàn)象。在給學(xué)生增添物理學(xué)科的趣味性的同時(shí)提升了學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)了學(xué)生內(nèi)心對(duì)物理奧秘探究的好奇心，從而提升學(xué)生對(duì)物理知識(shí)與技能的理解程度和運(yùn)用效率。

關(guān)鍵詞：光的折射；光的反射；光的偏振；自然現(xiàn)象

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）12（S）-0047-2

物理學(xué)科是一門自然科學(xué)，然而許多學(xué)過(guò)物理的同學(xué)都感覺物理難學(xué)，高中物理老師也感覺物理難教，這也是教與學(xué)所遇到尷尬局面。其實(shí)日常生活中的各種現(xiàn)象和規(guī)律都是與物理知識(shí)息息相關(guān)的，正是這個(gè)原因，許多學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚興趣。筆者憑借自身從事高中物理教學(xué)工作多年來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)于一系列的日常生活中的自然現(xiàn)象問(wèn)題，巧妙利用物理中的光學(xué)知識(shí)，采取理論聯(lián)系實(shí)際的方式進(jìn)行闡述和解釋，希望能給讀者帶來(lái)一定的幫助和借鑒。

1 自然現(xiàn)象之“海市蜃樓”

小學(xué)語(yǔ)文課本教材中就有關(guān)于海市蜃樓的文章出現(xiàn)。在科學(xué)不發(fā)達(dá)的年代，許多統(tǒng)治者迷信的認(rèn)為這是神的力量和化身。其實(shí)，這些自然界的蜃景是一種比較奇特的光學(xué)現(xiàn)象。那么，這些現(xiàn)象究竟是怎樣形成的呢？

在平靜的海面上，由于水的熱容量比較大，在靠近海平面的上方，空氣的溫度比上空空氣溫度低。根據(jù)大氣層分布特點(diǎn)，空氣的密度隨溫度的升高反而減小，空氣對(duì)光的折射率也是隨溫度的升高而減小?？梢?，在海平面上方空氣可以看成多個(gè)水平空氣層且折射率由下至上是逐漸減小的。遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光由底層空氣射向上空的過(guò)程中，不斷地被折射。根據(jù)折射定律可知光線射向折射率較小的上一層的入射角度越來(lái)越大，圖1所示為光在多個(gè)水平空氣層中的折射現(xiàn)象。當(dāng)光線的入射角度大于該介質(zhì)的臨界角度時(shí)就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，遠(yuǎn)處景物發(fā)出的光線就由高空通過(guò)多層空氣層的折射返回到底層。這些光線可以進(jìn)入處于海岸附近的觀察者的眼中，這樣觀察者就能看到遠(yuǎn)處景物形成的虛像。圖2所示就是海平面上形成的蜃景即海市蜃樓。

2 自然現(xiàn)象之“炫光”

許多人都有在公園里面劃船的經(jīng)歷，在湖面上會(huì)經(jīng)常遇到使人視覺產(chǎn)生疲勞的耀眼的炫光，從而影響游人劃船的質(zhì)量。這是因?yàn)樵谒谋砻嫱瑫r(shí)發(fā)生了鏡面反射和漫反射，它們的反射光重疊時(shí)就造成了這種炫光現(xiàn)象。太陽(yáng)光是自然光，經(jīng)過(guò)鏡面反射后通常形成了部分偏振光，經(jīng)過(guò)漫反射后是非偏振光，這些從水平面上反射回來(lái)的光中含有大量的在水平方向振動(dòng)的直線偏振光。只有將水平方向振動(dòng)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(shí)都會(huì)戴上與普通眼鏡外觀相同的偏振太陽(yáng)眼鏡。這種偏振太陽(yáng)眼鏡中設(shè)計(jì)安裝了偏振軸在豎直方向的偏振片，水面上的沿水平方向振動(dòng)的偏振光經(jīng)過(guò)偏振片后被大大減弱，從而達(dá)到“吸收”的效果，游客就不會(huì)感到有炫光刺眼。

3 自然現(xiàn)象之“彩虹”

俗話說(shuō)：“風(fēng)雨過(guò)后見彩虹”，特別是在夏天雨過(guò)天晴天空出現(xiàn)絢麗的彩虹究竟是如何產(chǎn)生的呢？雨后的天空布滿了大量的小水珠，光線射入水珠這一介質(zhì)中會(huì)發(fā)生折射而引起色散現(xiàn)象。如圖3所示為一條單色光線在水珠中的折射光路圖。

光線1由空氣進(jìn)入介質(zhì)發(fā)在折射為光線2，經(jīng)過(guò)反射后為光線3，再經(jīng)過(guò)一次由介質(zhì)進(jìn)入空氣折射后為光線4。由于自然界的太陽(yáng)光為復(fù)色光（紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫），各色光在水珠介質(zhì)中折射率不同，折射光線的偏折程度就不同。如圖4所示，為紅光與紫光兩種單色光在同一水珠中的光路圖。可見太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)水珠折射和反射以后能夠分解成七種顏色的依次排列的光帶。雨后的天空有大量的水珠，在陽(yáng)光的照射下就形成了各色絢麗的彩虹了。

4 自然現(xiàn)象之“黑花的稀少”

花卉是自然界中人類的朋友。各種奇花異草盛開的花朵爭(zhēng)芳斗艷，不僅凈化空氣而且給人以美的享受。培育與探究植物的工作人員都清楚，在龐大的植物世界里黑色的花卉非常少，出現(xiàn)這種情況的緣由還要從物理學(xué)中的光學(xué)知識(shí)來(lái)解釋。自然界的太陽(yáng)光是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫多種不同波長(zhǎng)和頻率的單色光組成的復(fù)色光，柔嫩的花瓣對(duì)于太陽(yáng)光中的紅、橙和黃色的光具有較強(qiáng)的反射作用，使得花的組織不至于被光的能量灼傷，形成了一種自然的保護(hù)作用。因而，自然界中紅、橙和黃色的花卉比較多，然而黑色對(duì)光的反射作用最差，幾乎全部吸收太陽(yáng)光的能量，被照射的黑色花瓣溫度升高很快，則灼傷黑色花的組織就很容易發(fā)生了，存活的可能性就比較小，長(zhǎng)期以來(lái)黑色花卉的種類就越來(lái)越少。當(dāng)然這也只是黑色花種變少的緣故之一，可能還與花卉自身的生物特性等相關(guān)因素有關(guān)。

總而言之，自然界中許多自然現(xiàn)象都是與物理學(xué)科息息相關(guān)的，人類在探索和改造自然的過(guò)程中離不開物理知識(shí)與能力的合理利用，作為高中物理老師在平時(shí)的課堂教學(xué)中完全可以借助于學(xué)生感興趣的自然奇特現(xiàn)象加以利用，讓學(xué)生感覺物理學(xué)科的樂(lè)趣性，進(jìn)而提高高中物理教育教學(xué)的效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王坤，尤東.生活中的光學(xué)[J].物理教學(xué)探討，2009，（32）：57.

[2]曹俊友.生活中的物理知識(shí)[J].物理教學(xué)探討，2007，（1）：33.

（欄目編輯 陳 潔）