物理光學在生活的應用

朱亞博

摘 要： 生活中不免有各種信息傳達到我們大腦刺激我們的認知。在各種信息中，光學與我們生活密不可分，了解到光學是普通物理中的重要組成部分，包括光的折射、衍射、激光等具體內容。隨著社會的發展，光學認知的應用也在不斷深入，如激光切割等。本文主要介紹較為基礎的物理學知識，對實際生活中的基礎光學問題也能夠解決，通過現有的光學知識，對彩虹的出現原理、宇宙膨脹理論以及全息技術，通過此類現象的認知更加深入的了解物理學知識在我們生活中的影響。

關鍵詞： 應用和認知;光學知識;生活現象

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.25.223

1 物理光學概念及其重要性

1.1 物理光學的概念

眾所周知光學是物理學中五大分支之一?，F如今我們常說的光學其實是廣義的，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。它是物理學的一個重要組成部分

1.2 物理光學的重要性

在聲、光、熱、電、力--構成了物理學的五大完整體系中，光學是其重要組成之一。就光學來講，其涵蓋的光學工程為其中一個分科。我們知道光可以在不同的介質中進行傳播，例如：水、空氣等，但是對于不同的介質光在傳播過程中的速度也存在差異，若光在運行過程中介質發生改變，光就可能會發生折射效應。此外，光的頻率會對折射造成影響。除光學理論外，光學工程應用在諸多領域中也扮演著重要的角色。工業上激光處理材料、軍事上以及民用上光學感應光學通信技術、生活中使用的顯示器等等諸如此類的應用均為光學應用的技術范例。倘若較好的掌握一定的光學知識，不僅可以提高對生活的認知程度，還能利用所掌握的知識，對日常生活中遇到的一些情況和現象進行解釋說明

2 物理光學在實際生活的應用

2.1 彩虹形成原理

彩虹是常見的自然現象，夏天雨水多的時候，雨后天空水氣大，經常會出現彩虹?，F在雨水少了，空氣污染嚴重了，自然就少見彩虹了。而彩虹的形成對于其出現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象，每一個空氣中的小水珠為一個完整的球狀光學晶體，大量小的水珠上形成的小光學現象匯集形成大的光學現象，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，也就是對著太陽噴出水霧，就會出現彩虹。

這里我們可以利用高中物理光學中“光的折射”這部分內容來解釋其涉及的物理原理主要有光的折射、全反射以及色散。我們了解到太陽光時一種復合光，是由多種不同顏色的光聚集而進而成為光束，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。高中時我們就了解過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。太陽光照射到這些小水滴上后由于入射角度不同，因此產生的反射角度也各不相同由于光的傳播需要介質，而空氣是其在地球大氣中傳播的主要介質，因此光線從其中一種介質入射到另一種介質時也會發生折射，因此，水滴的作用即相當于一面三棱鏡，通過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

現代天文物理學研究中，宇宙膨脹理論是其重要理論之一。該理論認為宇宙正處在不斷膨脹的過程--紅移?？蒲腥藛T根據所測得星球的光譜數據進行相關研究和分析論證了宇宙膨脹論的事實性，而此數據也正是宇宙膨脹論及其重要的參考指標。生活中不乏類似這樣的例子：當路上有一輛向我們駛來的急救車時，我們聽到的聲音就會越來越高，當其遠離我們而去時，我們聽到的聲音就越來越低。在物理學中，可由聲波的多普勒效應公式υR=uu±vsυs來說明。公式中，υR表示接收器所接收到的聲波頻率，vs表示波源相對介質的運動速度，u表示波速。聲音是一種波，從本質上講，光也是以電磁波的形式傳播。所以多普勒效應也同樣適應于光的傳播。

我們可以了解到，相對于其他星體，地球處于相對靜止狀態。假設地球與這些發光天體之間的距離是恒定不變的。已知宇宙中似于太陽的發光天體更是大量存在，以多普勒效應理論作為基礎認知，地球上接受到的光波頻率應等于這些發光天體光波的發射頻率。若觀察到星球逐漸遠離地球，那么在地球上接收到的光波頻率應小于星球光波發射頻率，反之，在地球上接收到的光波頻率應大于星球光波發射頻率。事實上，在宇宙研究過程中，研究者發現星球的光譜頻率都在向頻率低的紅光移動，這也就意味著頻率逐漸降低，根據光波多普勒效應可知，大多數的星球都在遠離地球，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，偶爾會在空中出現高樓大廈、森林等幻景，而諸如此類的現象我們稱之為海市蜃樓。對于海市蜃樓的出現存在各種說辭。比如古代人們對于海市蜃樓的認知是天空中有神仙在居住，甚至可以看到這些神仙的舉動。隨著科學技術的進步，對于海市蜃樓的壯景，人們最終解開了其神秘面紗。

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

4 結語

生活是豐富多彩的，科學卻是嚴肅的。對于生活中的多種現象都有其嚴格的科學依據對。對于科學我們不可以道聽途說對真理熟視無睹，也不可對其想當然理解。更多的是通過查閱相關資料或進行相關實驗進行科學了解與學習。