淺談物理光學(xué)在生活中的應(yīng)用

李靖

摘要：物理光學(xué)對(duì)物理學(xué)的發(fā)展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的作用。在我們的日常生活中，光屬于必不可少的因素，占據(jù)著十分重要的地位。且光學(xué)在生活中也得到了廣泛應(yīng)用，比如常接觸的激光、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、攝像機(jī)等。文章首先介紹了光學(xué)的基本概念及組成，然后從四個(gè)方面介紹了光學(xué)實(shí)際生活中的應(yīng)用，希望通過(guò)文章能夠幫助同學(xué)更好的理解物理光學(xué)的相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：物理光學(xué);生活;應(yīng)用

一、光學(xué)概念介紹

光學(xué)（optics）是物理學(xué)的重要分支學(xué)科，也是與光學(xué)工程技術(shù)相關(guān)的學(xué)科。光學(xué)主要分為幾何光學(xué)、物理光學(xué)和量子光學(xué)。其中，幾何光學(xué)由幾個(gè)由實(shí)驗(yàn)得來(lái)的基本原理出發(fā)，通過(guò)光線的概念和光線的折射、反射定律來(lái)描述光在介質(zhì)中傳播規(guī)律的學(xué)科。物理光學(xué)也稱波動(dòng)光學(xué)，其理論基礎(chǔ)就是經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的麥克斯韋方程組，可用來(lái)研究光的干涉、光的衍射、光的偏振及其在各向異性介質(zhì)中傳播所呈現(xiàn)出的現(xiàn)象。量子光學(xué)源于光的波動(dòng)和光（量）子的二象性。光子、電子、質(zhì)子、中子等微觀客體的波粒二象性是形成量子力學(xué)的重要基礎(chǔ)。從這種光子的性質(zhì)出發(fā)來(lái)研究光的本性以及光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科即稱為量子光學(xué)，它的基礎(chǔ)主要是量子力學(xué)或量子電動(dòng)力學(xué)。

二、光學(xué)在生活中的應(yīng)用

（一）生活中光的直線傳播

光的直線傳播指的是光在同種均勻介質(zhì)中沿著直線傳播，是光最基本的性質(zhì)。光的直線傳播可以解釋常見(jiàn)的日食與月食現(xiàn)象，日食主要是地球、月球、太陽(yáng)在同一直線，太陽(yáng)光被月球遮擋所致。月食則是太陽(yáng)、地球、月球運(yùn)行在同一直線，地球全部或部分遮擋了太陽(yáng)光。在日常生活中，光的直線傳播也有著廣泛的應(yīng)用，比如簡(jiǎn)單的陽(yáng)光測(cè)距及小孔成像。

（二）光的折射與反射

光在兩種物質(zhì)分界面上改變傳播方向又返回原來(lái)物質(zhì)的現(xiàn)象為光的反射。光由一種介質(zhì)斜射人另一種介質(zhì)，光在不同介質(zhì)交界處會(huì)發(fā)生偏折，這便叫做光的折射。反射與折射在日常生活中具有十分廣泛的應(yīng)用，鏡子則是光的反射，人們可以在鏡子中看到自己的模樣。且當(dāng)把鏡面做成曲面時(shí)，人們便可觀察到鏡子中扭曲或拉伸的圖像。汽車(chē)的后視鏡也使用了這個(gè)原理，汽車(chē)后視鏡為凸面，會(huì)形成縮小的圖像，司機(jī)可以在鏡子中看到大面積的景物，擴(kuò)大了視野。除此之外，光的折射在生活中也得到廣泛使用，比如現(xiàn)今十分熱門(mén)的光纖通信，攜帶信息的激光便是在玻璃夾層中利用折射進(jìn)行傳播。

（三）光的色散

光的色散主要指的是復(fù)色光分解為單色光，天空的蔚藍(lán)便來(lái)源于此?？諝庾陨砻芏葷q落對(duì)光具備一定的散射作用，尤其是大氣中氧氣的漲落會(huì)形成散射。在大雨過(guò)后或晴朗的天空中懸浮著很多小微粒，也增強(qiáng)了光的散射能力，使天空更加蔚藍(lán)。而當(dāng)工業(yè)廢氣與汽車(chē)尾氣增多時(shí)，由于污染氣體粒子直徑較大，因此會(huì)因散射使得天空變?yōu)榛野咨蚯嗷疑６谝雇頃r(shí)，天空會(huì)變?yōu)樯钏{(lán)色，主要因?yàn)榇髿庵谐粞醯淖饔?，臭氧截獲了陽(yáng)光中的橙色與黃色部分，因此藍(lán)色會(huì)直接通過(guò)，直至所有光亮消失，所有顏色才會(huì)慢慢消失在夜色中。此外，黃光因不易散射，所以被廣泛應(yīng)用至交通領(lǐng)域中的車(chē)牌、警示牌以及霧燈等方面。

（四）光的干涉與衍射

光的干涉指的是兩列或幾列光波在空間相遇并疊加，某些區(qū)域始終加強(qiáng)，某些區(qū)域始終削弱，形成穩(wěn)定的強(qiáng)弱分布現(xiàn)象。在光傳播期間，遇到障礙物或小孔，光偏離原來(lái)的傳播途徑，繞道障礙物后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象為光的衍射，光的干涉與衍射說(shuō)明光具備波動(dòng)性。在日常生活中，光的衍射應(yīng)用較為廣泛，如DNA的雙螺旋構(gòu)型。除此之外，光譜儀也采用了光的干涉與衍射原理。光譜儀主要利用色散元件將電磁輻射分離出所需的波長(zhǎng)與波長(zhǎng)區(qū)域，測(cè)定選定波長(zhǎng)的強(qiáng)度，可分為多色儀與單色儀兩種。根據(jù)分光原理，光譜儀器又分為干涉光譜儀、衍射光譜儀以及棱鏡光譜儀等三種。其中光學(xué)多道分析儀具備信息采集、處理以及存儲(chǔ)等功能，不再使用感光乳膠，避免了暗室處理等環(huán)節(jié)，改善了工作條件也提升了工作效率，可以更為準(zhǔn)確的測(cè)定瞬變信號(hào)。

三、結(jié)語(yǔ)

高中物理中，光學(xué)知識(shí)占據(jù)著十分重要的地位且與實(shí)際生活也存在密切聯(lián)系，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)物理光學(xué)知識(shí)可以更好的解決實(shí)際問(wèn)題，并理解一些特殊現(xiàn)象。文章首先簡(jiǎn)要介紹了光學(xué)的基本概念，然后分別從四個(gè)方面介紹了光學(xué)在實(shí)際生活中的應(yīng)用。即：介紹光的直線傳播，解釋日全食等天文現(xiàn)象;光的反射和折射，如鏡面成像、視覺(jué)偏移以及光通信;光的色散，解釋復(fù)色光與單色光間的奇妙聯(lián)系;光的干涉與衍射，如基于分光原理制成的光譜儀。文章不僅為廣大學(xué)習(xí)光學(xué)的高中生提供了知識(shí)上的引導(dǎo)，也讓筆者更加深入地了解物理光學(xué)，為今后的物理學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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