借助光学现象 诠释生活现象

摘 要：在日常生活中，物理知识和现象随处可见，并且给人们的生活带来便利。在各种知识和现象中，光学知识是重要的知识内容，与生活之间有着密切的联系。学生全面了解光学知识，能解决生活中的问题，对各种生活现象进行诠释。因此，在高中物理课堂上，教师应当引导学生深入理解物理光学知识，并将其融入实际生活，对生活现象进行诠释，进而提高学生物理课堂学习效率。本文结合光学现象和生活之间的联系，提出几点有效的教学策略。

关键词：物理;光学现象;生活现象

中图分类号：G427                       文献标识码：A                  文章编号：2095-624X（2020）48-0060-02

引 言

光学是高中物理学科中的重要知识点，包括光的折射、光的全反射、光的干涉、光的衍射等内容。在教学中，为激发学生的学习兴趣，加深学生理解，教师应为学生列举一些生活现象，使其感受到学习物理知识的乐趣。这样，学生在以后的学习中会更加积极主动。

一、运用光的折射诠释生活现象

光的折射是指光经过密度不同的介质时，在界面发生的偏折现象[1]。学生在初中阶段已学习过折射方面的知识，但高中阶段要学习的光的折射知识将更为深入。研究发现，光在不同介质中的传播速度不同是因為光发生了折射。为正确应用光学的折射知识解释生活中的现象，教师应引导学生掌握光的折射定律。

如图1所示，假设光从空气中射入水中，那么入射光线、折射光线及法线处在同一平面内;入射与折射光线处在法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即sini/sinr=n;当入射角增大时，折射角也会相应地增大。

应用光的折射知识可解释生活中一些常见的现象，如将筷子放在水杯中就会看到筷子像被折断了一样;从水池上方观察水中的鱼，发现鱼实际所在的深度比观察到的要深。以观察鱼为例，光线通过鱼的反射从水进入空气中到达人眼，因水的密度与空气的密度不同，所以当光线从水中进入空气中时会在界面上发生折射，导致人眼的观察出现错觉。那么鱼所处位置的实际深度与人看到的鱼所处位置的深度之间存在什么关系呢？运用所学的光的折射定律不难解释，假设鱼所处位置的实际深度和人看到的鱼所处位置的深度分别使用H，h表示，则H/h=n，n表示光线从水中进入空气中的折射率。另外，生活中的海市蜃楼情景，也可以使用光的折射知识进行解释。众所周知，受到温度的影响，空气在垂直方向上的密度不同，其中上方的空气密度较小，下方的空气密度较大。真实的街道情境反射的光线从下向上传播，经过密度不同的大气界面时发生折射，人们看到的街景就犹如在天上。

二、运用光的全反射诠释生活现象

当光由一种介质射到另一种介质时，光线不发生折射，而全部返回到原介质之中继续传播的现象叫作全反射现象。光线发生全反射现象时需要满足一定的条件。由光的折射定律可知，光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角;当入射角增大到某一角度时，折射角达到90°;折射光线完全消失，只剩下反射光线，此时称该入射角为临界角。假设入射角为C，折射角刚好为90°，由折射定律可知：sin90°/sinC=n，则sinC=1/n。

由上可知，光发生全反射现象应满足以下两个条件：其一，光从光密介质射入光疏介质;其二，入射角大于或等于临界角，其中临界角的正弦满足sinC=1/n。

应用光的全反射知识可解释很多生活中常见的现象，如水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮，原因就在于水或玻璃中的气泡为光疏介质，光经过水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，使得更多的光线反射到人眼中，人眼就会感觉气泡特别明亮。另外，光纤通信具有容量大、衰减小、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于通信领域。而光导纤维传输信息可以应用光的全反射知识进行解释。如图2所示，光导纤维由特殊的玻璃丝制作而成，由内芯与外层透明介质两层构成，其中内芯的折射率大于外层的折射率。光在传播的过程中在内芯与外层界面之间发生了全反射，能确保信息从一端向另一端的完整传输。

三、运用光的干涉诠释生活现象

光的干涉是指光在重叠区域出现加强或减弱的现象。光要想出现干涉现象需要满足两束光的频率相同、相位差恒定这些条件。光的干涉形成的图样具有以下特征：条纹具有相等的宽度，各相邻条纹具有相等的间距，条纹清晰、亮度基本相同，其中相邻明条纹和暗条纹的距离与波长成正比[2]。

研究发现，对于两个光源产生的光的干涉现象，其到达光屏上的路程差为光波长的整数倍时，就会在光屏上出现明条纹;其路程差为光半波长的奇数倍时，在光屏上就会出现暗条纹。

运用光的干涉知识可解释生活中肥皂泡常常看起来是彩色的现象。肥皂泡竖直面上的一部分，受到重力的作用，会形成上薄下厚的楔形，如图3所示。光线照射到其上时，膜的前表面和后表面反射的两列波具有相同的频率且方向一致，就会产生光的干涉现象。反射出的光为波峰与波峰叠加或波谷与波谷叠加时，就会形成亮条纹;反射的光为波峰与波谷叠加时就会形成暗条纹。

另外，光的干涉现象常被应用在一些产品上，如照相机镜片上增加增透膜就是运用光的干涉原理。人对绿光较为敏感，在其镜头上增加厚度为绿光在增透膜中波长1/4的增透膜，会提高绿光的投射强度。而红光与紫光具有较大的反射强度，因此相机的镜头看起来常为蓝色或者淡紫色。

四、运用光的衍射诠释生活现象

光的衍射现象是指光绕过障碍物继续传播的现象。事实上，并非所有光遇到障碍物就会产生衍射，光发生衍射现象需要满足一定的条件，即障碍物或孔的尺寸与光的波长相差不多或比光的波长小。光的衍射分为单缝衍射、圆孔衍射、圆盘衍射等，不同的衍射产生的图样存在一定差别[3]。例如，单色光衍射图样的两侧为明暗相间但不同的条纹，中央为最亮最宽的条纹;圆孔的衍射图样是明暗相间的、间距不等的同心圆环，越向外间距越小;圆盘衍射图样为明暗相间、间距不等的同心圆环，越向外间距越小，且在其中心会出现一个亮斑。另外需要注意的是，光的衍射图样与光的干涉图样较为相近。在分析光的衍射图样时，教师应注重将其与光的干涉图样区分开来，避免学生将它们混淆在一起。其中，光的衍射图样中处在中间位置的亮纹宽度较宽，而且条纹的间距及宽度均是相等的;光的干涉图样的条纹是等间距的，而且明暗相间。

只要细心观察，认真分析，我们就会发现生活中的一些现象是光的衍射造成的，如我们将眼睛眯成一条线或者用丝巾遮挡眼睛，观察发光的电灯就会看到电灯周围有彩色的花纹，这正是光线绕过眼睛的缝隙形成的。另外，我们使用一个电灯照射一个障碍物时，会发现其影子的边缘模糊不清，这种现象也是由于光的衍射形成的。古语云：“未见其人，先闻其声”，这是对光和声音衍射特性的反映。在光的衍射中，我们需要根据衍射出现的条件，判断是否产生衍射现象。由于在两者之间存在较大的障碍物，其中一个人发出可见光的波长较短，并且不能够绕过障碍物而发生衍射传播到障碍物后的另一个人眼睛里，我们不能看到其人;由于人的声波波长相对较长，能够绕过障碍物传播到后面的另一个人耳朵里，我们可以听见其声音。

五、运用光的色散、散射诠释生活现象

在阳光充足的白天，或者雨后有太阳照射的情况下向空中喷水，我们可以明显看到七色彩虹。由于空气中水分的增加，天空中部分空气的折射率增加，有太阳光照射时，光线发生折射现象，使得不同颜色的光出现分离现象，呈现出不同的颜色，而且光中含有其他颜色，我们看到的彩虹是七色的。由于每种介质对不同频率的光的折射率不同，不同颜色的光会出現相应的分离现象，此现象在生活中被称为色散。在观看不同粗糙程度的物体表面时，我们会感觉到反射的光线强度不同，即便观察到的物体是黑色，也会有同样的观看感受。这是因为各种物体都会吸收电磁波。但是，物体的材质不同，对不同波段光的吸收程度不同。有的材质因为对某些频率的光吸收较多，其反射的光线少，强度较弱;有些材质因为表面粗糙程度不同，对光线反射方向不同，粗糙度越大，其散射可能性越大，从而使发射某一方向的光线减少。天空中的空气是无色的，但是天空看上去却是蓝色的，这是什么原因造成的呢？这主要是因为空气中一些水汽或者小颗粒对光线产生散射作用。教师通过解释这样的生活现象，能帮助学生掌握光学知识，使其理解生活中的物理现象。

结 语

光学现象涉及的知识点较多，部分知识较为相近。为使学生深入理解、掌握不同光学现象间的区别，并能灵活运用其解释生活中常见的现象，教师应逐一为学生讲解相关概念，借助多媒体技术为学生讲解相关光学现象的形成原因，使其真正理解光学现象本质。同时，教师应积极创设相关的生活情境，鼓励学生根据自己的理解进行解释，在巩固其所学知识的同时，不断提高其灵活运用所学知识分析问题的能力。

[参考文献]

胡家豪.基于高中物理光学知识对生活现象的诠释[J].知音励志，2017（08）：44.

彭浩然.基于高中物理光学知识对生活现象的诠释[J].当代旅游，2017（17）：205.

熊楚龙.基于高中物理光学知识对生活现象的解释[J].读天下（综合），2019（10）：157.

作者简介：陈海林（1980.10—），女，江苏泰州人，本科学历，中学高级物理教师，研究方向：高中物理教学。