光現(xiàn)象及其在生活中的應(yīng)用淺析

摘 要：日常生活與光現(xiàn)象密切相關(guān)。本文以光現(xiàn)象及其在生活中的應(yīng)用為研究?jī)?nèi)容，對(duì)光的反射、折射、全反射、干涉、衍射等五種現(xiàn)象進(jìn)行了相關(guān)闡述，從而加深了人們對(duì)于光現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：光現(xiàn)象；生活；應(yīng)用

光學(xué)是高中物理課程中一個(gè)重要的學(xué)習(xí)模塊，是研究光的行為、性質(zhì)以及與物質(zhì)相互作用的物理學(xué)科，與我們的生活息息相關(guān)。通曉并掌握光學(xué)在日常生活中的具體應(yīng)用，既能調(diào)動(dòng)高中生的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)還能學(xué)以致用、以用促學(xué)。

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

一、生活中光的反射應(yīng)用

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

二、生活中光的折射應(yīng)用

光的折射，指光從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)中時(shí)，光線發(fā)生偏折、拐彎的現(xiàn)象。生活中光的折射現(xiàn)象極其常見(jiàn)，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(xué)眼鏡、用的顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、放大鏡、照相機(jī)等也都是利用不同介質(zhì)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(zhì)中的差異越大，其偏折程度越明顯。

三、生活中光的全反射應(yīng)用

光的全反射，指當(dāng)光從折射率較小的光密介質(zhì)射入折射率較大的光疏介質(zhì)時(shí)，折射角隨入射角逐漸增大至90°時(shí)，折射光消失，入射光線全部反射的現(xiàn)象。自然界里，光的全反射現(xiàn)象有許多，如晨光下晶瑩剔透的露珠、水或玻璃器皿中浮現(xiàn)的“鉆石”氣泡，以及驚現(xiàn)于海面或沙漠之中的“海市蜃樓”等均是光的全反射發(fā)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(dǎo)纖維。是一種能夠傳導(dǎo)光波和各種光信號(hào)的纖維，直徑為1-100μM左右，可一定程度彎曲。“光纖”由內(nèi)芯和外套兩層構(gòu)成。其中，內(nèi)芯的折射率比外套的折射率要大。光從一端進(jìn)入，在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生多次全反射后，便從另一端射出。與傳統(tǒng)電纜通訊相比，光導(dǎo)纖維由于具有柔軟、不怕震、抗電磁干擾性強(qiáng)、通訊容量大、成本低以及彎曲時(shí)也能傳播光和圖像等優(yōu)點(diǎn)，因此目前多被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、國(guó)防、通信等領(lǐng)域。其中，最重要的應(yīng)用之一就是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用內(nèi)窺鏡等精密儀器，使外科醫(yī)生能夠深入到人體內(nèi)部某一較小范圍，通過(guò)遙控進(jìn)行觀察并做手術(shù)。

四、生活中光的干涉應(yīng)用

光即波，干涉乃波之特性。光的干涉指當(dāng)兩束或多束性質(zhì)相同的光波在某空間相遇時(shí)，其中一些相互增強(qiáng)，而另一些相互削弱，進(jìn)而形成穩(wěn)定的、明暗相間的條紋的現(xiàn)象。生活中，我們經(jīng)常能看到一些光的薄膜干涉現(xiàn)象。例如，雨過(guò)天晴，我們開(kāi)車駛過(guò)積水的柏油馬路時(shí)，會(huì)形成一片片五彩繽紛的薄油膜，這就是光波相互干涉導(dǎo)致的景象。究其原因，一是因?yàn)槠≡谒嫔系挠湍け挥蓮?fù)色光組成的太陽(yáng)照射時(shí)，一部分會(huì)被油膜表面反射，另一部分會(huì)進(jìn)入油膜內(nèi)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(yáng)光中不同波長(zhǎng)的單色光在不同厚度的地方，有的得到加強(qiáng)，有的卻會(huì)減弱，甚至抵消。因此導(dǎo)致油膜上有的地方呈現(xiàn)藍(lán)紫色，有的地方又呈現(xiàn)出橙色。

光的干涉在工業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的作用。其不僅可以用來(lái)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(guò)加鍍?cè)鐾改?lái)增加照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器的光強(qiáng)。以鏡面加工為例，一般先是采用精密鑄造工藝制作出一個(gè)高精度的平面玻璃樣板；其次，讓玻璃樣板與待測(cè)件表面緊密接觸。若待測(cè)件表面平整，則二者間形成的空氣薄膜會(huì)呈現(xiàn)等厚或規(guī)則楔形，且在光線的照射下出現(xiàn)均勻、平行、間隔相等的直線條紋；若待測(cè)表面不平整，凸起或凹下，則光線照射下的條紋就會(huì)出現(xiàn)非均勻或彎曲狀。

五、生活中光的衍射應(yīng)用

光的衍射，指光波在傳播途中遇到狹縫、小孔等障礙物時(shí)能夠繞過(guò)障礙物，進(jìn)入幾何陰影，并于觀察屏上呈現(xiàn)光強(qiáng)分布不均勻的現(xiàn)象。光的衍射現(xiàn)象告訴我們，平時(shí)人們常說(shuō)的“光沿直接傳播”的說(shuō)法并不科學(xué)，其僅僅是一種特殊情況。一般，光在無(wú)障礙物的勻質(zhì)介質(zhì)中或障礙物尺寸遠(yuǎn)大于光波長(zhǎng)度時(shí)是沿直線傳播的，但在障礙物尺寸小于光波長(zhǎng)度時(shí)，光的衍射現(xiàn)象則十分明顯。

近年，隨著科技的快速發(fā)展，光的衍射應(yīng)用越來(lái)越廣泛。比較直接的應(yīng)用有兩大類：一類是運(yùn)用光的衍射分析觀察屏上衍射圖樣的結(jié)構(gòu)或測(cè)量衍射屏的相關(guān)參數(shù)，如對(duì)晶體結(jié)構(gòu)和紡織工業(yè)細(xì)沙的研究；另一類是運(yùn)用光的衍射制造各種衍射屏，為不同研究目的進(jìn)行服務(wù)，如全息照相。全息照相是一種能夠記錄和再現(xiàn)光波全部信息的三維立體新技術(shù)，當(dāng)前在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域使用得非常普遍。與傳統(tǒng)X射線診斷相比較，其既能觀察到實(shí)物般的直觀圖像，又能觀察到身體內(nèi)部的連續(xù)動(dòng)作，因此大大提高了確診率，促進(jìn)了治療的發(fā)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(jié)語(yǔ)

光現(xiàn)象多彩多姿、奇妙無(wú)窮，又無(wú)時(shí)不在、無(wú)處不有。探索光現(xiàn)象的變化規(guī)律，揭示其物理本質(zhì)，是我們孜孜以求的目標(biāo)。

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作者簡(jiǎn)介：鮑星海（2001-），男，漢族，就讀于陜西西安西北大學(xué)附屬中學(xué)。