物理光學(xué)在生活的應(yīng)用

朱亞博

摘 要： 生活中不免有各種信息傳達(dá)到我們大腦刺激我們的認(rèn)知。在各種信息中，光學(xué)與我們生活密不可分，了解到光學(xué)是普通物理中的重要組成部分，包括光的折射、衍射、激光等具體內(nèi)容。隨著社會(huì)的發(fā)展，光學(xué)認(rèn)知的應(yīng)用也在不斷深入，如激光切割等。本文主要介紹較為基礎(chǔ)的物理學(xué)知識(shí)，對(duì)實(shí)際生活中的基礎(chǔ)光學(xué)問(wèn)題也能夠解決，通過(guò)現(xiàn)有的光學(xué)知識(shí)，對(duì)彩虹的出現(xiàn)原理、宇宙膨脹理論以及全息技術(shù)，通過(guò)此類現(xiàn)象的認(rèn)知更加深入的了解物理學(xué)知識(shí)在我們生活中的影響。

關(guān)鍵詞： 應(yīng)用和認(rèn)知;光學(xué)知識(shí);生活現(xiàn)象

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.25.223

1 物理光學(xué)概念及其重要性

1.1 物理光學(xué)的概念

眾所周知光學(xué)是物理學(xué)中五大分支之一?，F(xiàn)如今我們常說(shuō)的光學(xué)其實(shí)是廣義的，是研究從微波、紅外線、紫外線直到X射線和γ射線的電磁輻射的產(chǎn)生、傳播、接收和顯示，并著重研究的范圍是從紅外到紫外波段。它是物理學(xué)的一個(gè)重要組成部分

1.2 物理光學(xué)的重要性

在聲、光、熱、電、力--構(gòu)成了物理學(xué)的五大完整體系中，光學(xué)是其重要組成之一。就光學(xué)來(lái)講，其涵蓋的光學(xué)工程為其中一個(gè)分科。我們知道光可以在不同的介質(zhì)中進(jìn)行傳播，例如：水、空氣等，但是對(duì)于不同的介質(zhì)光在傳播過(guò)程中的速度也存在差異，若光在運(yùn)行過(guò)程中介質(zhì)發(fā)生改變，光就可能會(huì)發(fā)生折射效應(yīng)。此外，光的頻率會(huì)對(duì)折射造成影響。除光學(xué)理論外，光學(xué)工程應(yīng)用在諸多領(lǐng)域中也扮演著重要的角色。工業(yè)上激光處理材料、軍事上以及民用上光學(xué)感應(yīng)光學(xué)通信技術(shù)、生活中使用的顯示器等等諸如此類的應(yīng)用均為光學(xué)應(yīng)用的技術(shù)范例。倘若較好的掌握一定的光學(xué)知識(shí)，不僅可以提高對(duì)生活的認(rèn)知程度，還能利用所掌握的知識(shí)，對(duì)日常生活中遇到的一些情況和現(xiàn)象進(jìn)行解釋說(shuō)明

2 物理光學(xué)在實(shí)際生活的應(yīng)用

2.1 彩虹形成原理

彩虹是常見的自然現(xiàn)象，夏天雨水多的時(shí)候，雨后天空水氣大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)彩虹?，F(xiàn)在雨水少了，空氣污染嚴(yán)重了，自然就少見彩虹了。而彩虹的形成對(duì)于其出現(xiàn)的原因大部分人就不得而知。彩虹是大量微觀水珠形成的宏觀現(xiàn)象，每一個(gè)空氣中的小水珠為一個(gè)完整的球狀光學(xué)晶體，大量小的水珠上形成的小光學(xué)現(xiàn)象匯集形成大的光學(xué)現(xiàn)象，也就是彩虹。除了雨后初晴的彩虹外我們可以自己“制造”彩虹，也就是對(duì)著太陽(yáng)噴出水霧，就會(huì)出現(xiàn)彩虹。

這里我們可以利用高中物理光學(xué)中“光的折射”這部分內(nèi)容來(lái)解釋其涉及的物理原理主要有光的折射、全反射以及色散。我們了解到太陽(yáng)光時(shí)一種復(fù)合光，是由多種不同顏色的光聚集而進(jìn)而成為光束，在自然條件下這些光束以白色可見光的形式進(jìn)入人眼。雨后初晴的天空存在大量的霧狀水氣，而這些水氣即為大量的小水珠。高中時(shí)我們就了解過(guò)水滴有類似放大鏡功能。并且由于其外表呈球狀，因此更加容易造成光的色散和反射。太陽(yáng)光照射到這些小水滴上后由于入射角度不同，因此產(chǎn)生的反射角度也各不相同由于光的傳播需要介質(zhì)，而空氣是其在地球大氣中傳播的主要介質(zhì)，因此光線從其中一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)也會(huì)發(fā)生折射，因此，水滴的作用即相當(dāng)于一面三棱鏡，通過(guò)光的色散將光束分散成多種顏色，即我們所見到的彩虹。

2.2 宇宙膨脹論

現(xiàn)代天文物理學(xué)研究中，宇宙膨脹理論是其重要理論之一。該理論認(rèn)為宇宙正處在不斷膨脹的過(guò)程--紅移?？蒲腥藛T根據(jù)所測(cè)得星球的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)研究和分析論證了宇宙膨脹論的事實(shí)性，而此數(shù)據(jù)也正是宇宙膨脹論及其重要的參考指標(biāo)。生活中不乏類似這樣的例子：當(dāng)路上有一輛向我們駛來(lái)的急救車時(shí)，我們聽到的聲音就會(huì)越來(lái)越高，當(dāng)其遠(yuǎn)離我們而去時(shí)，我們聽到的聲音就越來(lái)越低。在物理學(xué)中，可由聲波的多普勒效應(yīng)公式υR=uu±vsυs來(lái)說(shuō)明。公式中，υR表示接收器所接收到的聲波頻率，vs表示波源相對(duì)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度，u表示波速。聲音是一種波，從本質(zhì)上講，光也是以電磁波的形式傳播。所以多普勒效應(yīng)也同樣適應(yīng)于光的傳播。

我們可以了解到，相對(duì)于其他星體，地球處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。假設(shè)地球與這些發(fā)光天體之間的距離是恒定不變的。已知宇宙中似于太陽(yáng)的發(fā)光天體更是大量存在，以多普勒效應(yīng)理論作為基礎(chǔ)認(rèn)知，地球上接受到的光波頻率應(yīng)等于這些發(fā)光天體光波的發(fā)射頻率。若觀察到星球逐漸遠(yuǎn)離地球，那么在地球上接收到的光波頻率應(yīng)小于星球光波發(fā)射頻率，反之，在地球上接收到的光波頻率應(yīng)大于星球光波發(fā)射頻率。事實(shí)上，在宇宙研究過(guò)程中，研究者發(fā)現(xiàn)星球的光譜頻率都在向頻率低的紅光移動(dòng)，這也就意味著頻率逐漸降低，根據(jù)光波多普勒效應(yīng)可知，大多數(shù)的星球都在遠(yuǎn)離地球，由此可以推斷出宇宙正在膨脹。

3 海市蜃樓

平靜的海面、江面等大型水面、沙漠或戈壁等地方，偶爾會(huì)在空中出現(xiàn)高樓大廈、森林等幻景，而諸如此類的現(xiàn)象我們稱之為海市蜃樓。對(duì)于海市蜃樓的出現(xiàn)存在各種說(shuō)辭。比如古代人們對(duì)于海市蜃樓的認(rèn)知是天空中有神仙在居住，甚至可以看到這些神仙的舉動(dòng)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于海市蜃樓的壯景，人們最終解開了其神秘面紗。

就沙漠海市蜃樓其光學(xué)原理：在沙漠中沙粒受到陽(yáng)光直接照射，由于在沙質(zhì)地表中沙粒的比熱容要高于空氣，因此地表溫度會(huì)迅速升高。由于空氣的較差導(dǎo)熱性，則會(huì)形成不同密度的“空氣層”，并且越上層的空氣溫度越低、密度越小。陽(yáng)光穿過(guò)不同的“空氣層”將產(chǎn)生折射，從而使遠(yuǎn)處的景物投射到沙漠表面，形成海市蜃樓。

4 結(jié)語(yǔ)

生活是豐富多彩的，科學(xué)卻是嚴(yán)肅的。對(duì)于生活中的多種現(xiàn)象都有其嚴(yán)格的科學(xué)依據(jù)對(duì)。對(duì)于科學(xué)我們不可以道聽途說(shuō)對(duì)真理熟視無(wú)睹，也不可對(duì)其想當(dāng)然理解。更多的是通過(guò)查閱相關(guān)資料或進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)了解與學(xué)習(xí)。