高中物理光學知識對生活現象的解釋

摘 要：自然界的許多自然現象都涉及物理知識。本文利用高中物理的光學知識來說明自然界中的幾種常見現象。學生對物理學習的熱情增強，同時學生對物理學的興趣增強。激發學生對探索物理謎題的好奇心，提高學生對物理知識和技能的理解和應用效率。

關鍵詞：高中物理；光學知識；生活現象；解釋

高中物理在整個教學系統中屬于一個重要組成部分。特別是光學知識在現實生活中發揮著重要作用，它在理解社會現象和提高人們生活質量方面起著關鍵作用，在當下照明、激光設備以及光傳輸等領域也得到廣泛應用。然而，高中物理中光學理論的知識主要來源于自然現象或日常生活現象。因此，在學習了高中物理知識之后，又從物理學的角度解釋了其實現的基本原理，將高中物理的學習理論提高到一個新的水平。

一、 生活現象中的高中物理光學知識解釋

（一） 海市蜃樓

關于“海市蜃樓”小學課本上就出現過。在科學不發達的時代，許多統治者相信這是上帝的能力和化身。事實上，這些自然場景是一種奇怪的光學現象。那么，這些現象如何形成呢？

以海平面為例，由于海水熱容量大，在太陽光照射下，海水的溫度低于沙、空氣等，導致越接近海水的地方溫度越低，使海平面以上的空氣形成從低到高的溫度梯度。空氣的密度隨溫度而變化。溫度越低，密度越高。溫度越高，密度越低，因此在海平面上形成從高到低的密度梯度。在密度不同的介質中，折射率變化，密度越大，折射率越大，即折射角越大；密度越小，折射率越小，即折射角越小，如圖一。因此，當海岸附近的建筑物、行人、車輛等的反射光等某些特殊物體照射到海平面上時，折射率梯度發生變化，從而折射光不再像固定密度的空氣中直行，而是偏向海平面，如此觀察者可以看到遠處景物的虛像，如圖二所示。

（二） 雨后彩虹

彩虹是在大雨過后太陽出來時常見的自然現象。彩虹是一種由各種顏色組成的“色帶”，通常表現為外部紅色、紫色和其他顏色，與光帶的圓形排列平行。由于彩虹的豐富多彩，它為人們創造了許多浪漫的機會，激發了許多文人和詩人的靈感。彩虹背后的基本原則是什么？

在解釋彩虹這一自然現象前先了解以下幾點基本物理知識：（1）光是電磁波。像日常生活中的手機信號和WiFi信號一樣，光線是通過電磁場傳播的現象。人眼的關鍵蛋白可以對某些頻率的電磁波產生光敏性。這意味著某些頻段的電磁波可以被人看到。我們稱之為可見光。（2）日光是我們常見的可見光，是白色的，但它是一種由紅、黃、橙、綠、藍、青、紫等各種顏色的可見光組合而成的復合光。（3）可見光可以在空氣、水、玻璃等不同介質中傳輸，但由于介質屬性不同，其傳播速度不盡相同，如果傳輸介質不變，可見光將以直線直行。如果介質改變，可見光路徑將在介質的邊界處彎曲。不同頻率的可見光具有不同程度的彎曲。（4）當可見光在介質中傳播時，如果遇到某種反射介質，光束將被對稱反射。如果遇到小顆粒，光束將散射，即方向改變。雨后彩虹出現了，原因為大雨剛結束許多雨滴懸浮在空氣中，當太陽出來時，大量的陽光（復合光）射入空中。當遇到懸浮在空中的雨滴時，會發生特殊的折射和反射。如圖三所示：

（三） 宇宙膨脹論

宇宙膨脹理論是天文物理學研究宇宙的重要理論。相信許多行星逐漸遠離地球，宇宙正在不斷擴張。導出宇宙膨脹理論的重要參考指標可由地球的光譜數據來解釋。這屬于生活中非常普遍的一種現象，諸如：當火車進站鳴笛時，火車站的人會感覺到火車的聲音越來越高，而當火車離開火車站時，聲調會越來越低，這是聲波多普勒現象。聲音也是波存在的一種形式。當列車進入車站時，由于火車靠近運動，由哨聲源產生的固定頻率將隨著列車的速度而改變。聲音接收器認為速度會增加，距離保持不變，傳播的時間將縮短，對于聲波而言，頻率將會變高。在列車出站時，頻率便會降低。

同樣，宇宙中的許多行星發光。如果行星與地球的距離恒定，那么類似于聲學多普勒現象，地球上接收的光的頻率與行星發出的光的頻率相同。然而，如果行星逐漸遠離地球，地球上接收到的光波的頻率應該小于行星發出的光波的頻率，反之亦然。在宇宙研究過程中，研究人員發現許多行星的光譜頻率向低頻紅光移動，這意味著頻率正在逐漸下降。根據光多普勒效應，大多數行星都遠離地球。

二、 結束語

綜上所述，物理本身并不是很神秘，許多理論都源于生活現象。高中物理的研究可能與生活現象有關。如果物理知識可以用來解釋生活中的特殊現象，那么對物理知識的研究就會更進一步。

參考文獻：

[1]戴逸飛.基于高中物理光學知識對生活現象的詮釋[J].科學與財富，2015，18（11）：11.

[2]宋敬東.巧借高中物理光學知識詮釋自然現象[J].物理教學探討，2014，32（12）：47-48.

[3]劉振生.高中物理光學在實際生活的應用[J].理科考試研究，2014，24（9）：23-24.

[4]王坤，尤東.生活中的光學[J].物理教學探討，2009，18（32）：57.

作者簡介：

徐匯文，山東省濱州市，山東省北鎮中學新校區。