摘 要：在日常生活中，物理知識(shí)和現(xiàn)象隨處可見(jiàn)，并且給人們的生活帶來(lái)便利。在各種知識(shí)和現(xiàn)象中，光學(xué)知識(shí)是重要的知識(shí)內(nèi)容，與生活之間有著密切的聯(lián)系。學(xué)生全面了解光學(xué)知識(shí)，能解決生活中的問(wèn)題，對(duì)各種生活現(xiàn)象進(jìn)行詮釋。因此，在高中物理課堂上，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生深入理解物理光學(xué)知識(shí)，并將其融入實(shí)際生活，對(duì)生活現(xiàn)象進(jìn)行詮釋，進(jìn)而提高學(xué)生物理課堂學(xué)習(xí)效率。本文結(jié)合光學(xué)現(xiàn)象和生活之間的聯(lián)系，提出幾點(diǎn)有效的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：物理;光學(xué)現(xiàn)象;生活現(xiàn)象

中圖分類號(hào)：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-624X（2020）48-0060-02

引 言

光學(xué)是高中物理學(xué)科中的重要知識(shí)點(diǎn)，包括光的折射、光的全反射、光的干涉、光的衍射等內(nèi)容。在教學(xué)中，為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生理解，教師應(yīng)為學(xué)生列舉一些生活現(xiàn)象，使其感受到學(xué)習(xí)物理知識(shí)的樂(lè)趣。這樣，學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中會(huì)更加積極主動(dòng)。

一、運(yùn)用光的折射詮釋生活現(xiàn)象

光的折射是指光經(jīng)過(guò)密度不同的介質(zhì)時(shí)，在界面發(fā)生的偏折現(xiàn)象[1]。學(xué)生在初中階段已學(xué)習(xí)過(guò)折射方面的知識(shí)，但高中階段要學(xué)習(xí)的光的折射知識(shí)將更為深入。研究發(fā)現(xiàn)，光在不同介質(zhì)中的傳播速度不同是因?yàn)楣獍l(fā)生了折射。為正確應(yīng)用光學(xué)的折射知識(shí)解釋生活中的現(xiàn)象，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生掌握光的折射定律。

如圖1所示，假設(shè)光從空氣中射入水中，那么入射光線、折射光線及法線處在同一平面內(nèi);入射與折射光線處在法線的兩側(cè);入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即sini/sinr=n;當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也會(huì)相應(yīng)地增大。

應(yīng)用光的折射知識(shí)可解釋生活中一些常見(jiàn)的現(xiàn)象，如將筷子放在水杯中就會(huì)看到筷子像被折斷了一樣;從水池上方觀察水中的魚(yú)，發(fā)現(xiàn)魚(yú)實(shí)際所在的深度比觀察到的要深。以觀察魚(yú)為例，光線通過(guò)魚(yú)的反射從水進(jìn)入空氣中到達(dá)人眼，因水的密度與空氣的密度不同，所以當(dāng)光線從水中進(jìn)入空氣中時(shí)會(huì)在界面上發(fā)生折射，導(dǎo)致人眼的觀察出現(xiàn)錯(cuò)覺(jué)。那么魚(yú)所處位置的實(shí)際深度與人看到的魚(yú)所處位置的深度之間存在什么關(guān)系呢？運(yùn)用所學(xué)的光的折射定律不難解釋，假設(shè)魚(yú)所處位置的實(shí)際深度和人看到的魚(yú)所處位置的深度分別使用H，h表示，則H/h=n，n表示光線從水中進(jìn)入空氣中的折射率。另外，生活中的海市蜃樓情景，也可以使用光的折射知識(shí)進(jìn)行解釋。眾所周知，受到溫度的影響，空氣在垂直方向上的密度不同，其中上方的空氣密度較小，下方的空氣密度較大。真實(shí)的街道情境反射的光線從下向上傳播，經(jīng)過(guò)密度不同的大氣界面時(shí)發(fā)生折射，人們看到的街景就猶如在天上。

二、運(yùn)用光的全反射詮釋生活現(xiàn)象

當(dāng)光由一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)時(shí)，光線不發(fā)生折射，而全部返回到原介質(zhì)之中繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫作全反射現(xiàn)象。光線發(fā)生全反射現(xiàn)象時(shí)需要滿足一定的條件。由光的折射定律可知，光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角;當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射角達(dá)到90°;折射光線完全消失，只剩下反射光線，此時(shí)稱該入射角為臨界角。假設(shè)入射角為C，折射角剛好為90°，由折射定律可知：sin90°/sinC=n，則sinC=1/n。

由上可知，光發(fā)生全反射現(xiàn)象應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：其一，光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì);其二，入射角大于或等于臨界角，其中臨界角的正弦滿足sinC=1/n。

應(yīng)用光的全反射知識(shí)可解釋很多生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象，如水中或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別明亮，原因就在于水或玻璃中的氣泡為光疏介質(zhì)，光經(jīng)過(guò)水或玻璃照射氣泡時(shí)，一部分光會(huì)發(fā)生全反射，使得更多的光線反射到人眼中，人眼就會(huì)感覺(jué)氣泡特別明亮。另外，光纖通信具有容量大、衰減小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域。而光導(dǎo)纖維傳輸信息可以應(yīng)用光的全反射知識(shí)進(jìn)行解釋。如圖2所示，光導(dǎo)纖維由特殊的玻璃絲制作而成，由內(nèi)芯與外層透明介質(zhì)兩層構(gòu)成，其中內(nèi)芯的折射率大于外層的折射率。光在傳播的過(guò)程中在內(nèi)芯與外層界面之間發(fā)生了全反射，能確保信息從一端向另一端的完整傳輸。

三、運(yùn)用光的干涉詮釋生活現(xiàn)象

光的干涉是指光在重疊區(qū)域出現(xiàn)加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象。光要想出現(xiàn)干涉現(xiàn)象需要滿足兩束光的頻率相同、相位差恒定這些條件。光的干涉形成的圖樣具有以下特征：條紋具有相等的寬度，各相鄰條紋具有相等的間距，條紋清晰、亮度基本相同，其中相鄰明條紋和暗條紋的距離與波長(zhǎng)成正比[2]。

研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于兩個(gè)光源產(chǎn)生的光的干涉現(xiàn)象，其到達(dá)光屏上的路程差為光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，就會(huì)在光屏上出現(xiàn)明條紋;其路程差為光半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，在光屏上就會(huì)出現(xiàn)暗條紋。

運(yùn)用光的干涉知識(shí)可解釋生活中肥皂泡常常看起來(lái)是彩色的現(xiàn)象。肥皂泡豎直面上的一部分，受到重力的作用，會(huì)形成上薄下厚的楔形，如圖3所示。光線照射到其上時(shí)，膜的前表面和后表面反射的兩列波具有相同的頻率且方向一致，就會(huì)產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象。反射出的光為波峰與波峰疊加或波谷與波谷疊加時(shí)，就會(huì)形成亮條紋;反射的光為波峰與波谷疊加時(shí)就會(huì)形成暗條紋。

另外，光的干涉現(xiàn)象常被應(yīng)用在一些產(chǎn)品上，如照相機(jī)鏡片上增加增透膜就是運(yùn)用光的干涉原理。人對(duì)綠光較為敏感，在其鏡頭上增加厚度為綠光在增透膜中波長(zhǎng)1/4的增透膜，會(huì)提高綠光的投射強(qiáng)度。而紅光與紫光具有較大的反射強(qiáng)度，因此相機(jī)的鏡頭看起來(lái)常為藍(lán)色或者淡紫色。

四、運(yùn)用光的衍射詮釋生活現(xiàn)象

光的衍射現(xiàn)象是指光繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。事實(shí)上，并非所有光遇到障礙物就會(huì)產(chǎn)生衍射，光發(fā)生衍射現(xiàn)象需要滿足一定的條件，即障礙物或孔的尺寸與光的波長(zhǎng)相差不多或比光的波長(zhǎng)小。光的衍射分為單縫衍射、圓孔衍射、圓盤(pán)衍射等，不同的衍射產(chǎn)生的圖樣存在一定差別[3]。例如，單色光衍射圖樣的兩側(cè)為明暗相間但不同的條紋，中央為最亮最寬的條紋;圓孔的衍射圖樣是明暗相間的、間距不等的同心圓環(huán)，越向外間距越小;圓盤(pán)衍射圖樣為明暗相間、間距不等的同心圓環(huán)，越向外間距越小，且在其中心會(huì)出現(xiàn)一個(gè)亮斑。另外需要注意的是，光的衍射圖樣與光的干涉圖樣較為相近。在分析光的衍射圖樣時(shí)，教師應(yīng)注重將其與光的干涉圖樣區(qū)分開(kāi)來(lái)，避免學(xué)生將它們混淆在一起。其中，光的衍射圖樣中處在中間位置的亮紋寬度較寬，而且條紋的間距及寬度均是相等的;光的干涉圖樣的條紋是等間距的，而且明暗相間。

只要細(xì)心觀察，認(rèn)真分析，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)生活中的一些現(xiàn)象是光的衍射造成的，如我們將眼睛瞇成一條線或者用絲巾遮擋眼睛，觀察發(fā)光的電燈就會(huì)看到電燈周?chē)胁噬幕y，這正是光線繞過(guò)眼睛的縫隙形成的。另外，我們使用一個(gè)電燈照射一個(gè)障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)其影子的邊緣模糊不清，這種現(xiàn)象也是由于光的衍射形成的。古語(yǔ)云：“未見(jiàn)其人，先聞其聲”，這是對(duì)光和聲音衍射特性的反映。在光的衍射中，我們需要根據(jù)衍射出現(xiàn)的條件，判斷是否產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。由于在兩者之間存在較大的障礙物，其中一個(gè)人發(fā)出可見(jiàn)光的波長(zhǎng)較短，并且不能夠繞過(guò)障礙物而發(fā)生衍射傳播到障礙物后的另一個(gè)人眼睛里，我們不能看到其人;由于人的聲波波長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)，能夠繞過(guò)障礙物傳播到后面的另一個(gè)人耳朵里，我們可以聽(tīng)見(jiàn)其聲音。

五、運(yùn)用光的色散、散射詮釋生活現(xiàn)象

在陽(yáng)光充足的白天，或者雨后有太陽(yáng)照射的情況下向空中噴水，我們可以明顯看到七色彩虹。由于空氣中水分的增加，天空中部分空氣的折射率增加，有太陽(yáng)光照射時(shí)，光線發(fā)生折射現(xiàn)象，使得不同顏色的光出現(xiàn)分離現(xiàn)象，呈現(xiàn)出不同的顏色，而且光中含有其他顏色，我們看到的彩虹是七色的。由于每種介質(zhì)對(duì)不同頻率的光的折射率不同，不同顏色的光會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的分離現(xiàn)象，此現(xiàn)象在生活中被稱為色散。在觀看不同粗糙程度的物體表面時(shí)，我們會(huì)感覺(jué)到反射的光線強(qiáng)度不同，即便觀察到的物體是黑色，也會(huì)有同樣的觀看感受。這是因?yàn)楦鞣N物體都會(huì)吸收電磁波。但是，物體的材質(zhì)不同，對(duì)不同波段光的吸收程度不同。有的材質(zhì)因?yàn)閷?duì)某些頻率的光吸收較多，其反射的光線少，強(qiáng)度較弱;有些材質(zhì)因?yàn)楸砻娲植诔潭炔煌瑢?duì)光線反射方向不同，粗糙度越大，其散射可能性越大，從而使發(fā)射某一方向的光線減少。天空中的空氣是無(wú)色的，但是天空看上去卻是藍(lán)色的，這是什么原因造成的呢？這主要是因?yàn)榭諝庵幸恍┧蛘咝☆w粒對(duì)光線產(chǎn)生散射作用。教師通過(guò)解釋這樣的生活現(xiàn)象，能幫助學(xué)生掌握光學(xué)知識(shí)，使其理解生活中的物理現(xiàn)象。

結(jié) 語(yǔ)

光學(xué)現(xiàn)象涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，部分知識(shí)較為相近。為使學(xué)生深入理解、掌握不同光學(xué)現(xiàn)象間的區(qū)別，并能靈活運(yùn)用其解釋生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象，教師應(yīng)逐一為學(xué)生講解相關(guān)概念，借助多媒體技術(shù)為學(xué)生講解相關(guān)光學(xué)現(xiàn)象的形成原因，使其真正理解光學(xué)現(xiàn)象本質(zhì)。同時(shí)，教師應(yīng)積極創(chuàng)設(shè)相關(guān)的生活情境，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的理解進(jìn)行解釋，在鞏固其所學(xué)知識(shí)的同時(shí)，不斷提高其靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題的能力。

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作者簡(jiǎn)介：陳海林（1980.10—），女，江蘇泰州人，本科學(xué)歷，中學(xué)高級(jí)物理教師，研究方向：高中物理教學(xué)。