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摘 要：本文基于高中物理光学知识对生活种的某些特殊现象进行诠释，首先介绍了最基本的物理知识，然后针对雨后彩虹、海市蜃楼、宇宙膨胀论等特殊现象进行解释，从而加深对高中物理光学知识的学习与认知。
关键词：高中物理光学；反射；光频率
1. 概述
高中物理是整个教学体系中非常重要的一部分，尤其是光学知识，更是在现实生活中扮演着重要的角色，对于了解社会现象和推动国民生活质量方面，发挥着关键性的作用，在光学仪器、照明设备、激光设备、光感传输等领域也得到广泛的应用。然而，高中物理中的光学理论知识，大都来源于自然现象或者日常的生活现象，所以在对高中物理知识学习之后，反过来从物理专业角度解释它们实现的基本原理，对于高中物理的学习与理论水平的提升将会更上一个新的台阶。
2. 生活现象的高中物理光学知识解释
物理这门学科的基本理论很多都是来自于生活中的实际现象，尤其是高中物理，更是与生活的各种现象紧密相连。很多光学现象，都可以通过高中物理的光学知识来解释，比如常见的彩虹、海市蜃楼、宇宙膨胀学说等。
2.1 雨后彩虹
彩虹是一种在大雨过后，太阳出来时常见的一种自然现象。彩虹是由多种色彩构成的“彩带”，一般呈现为外红内紫，配合其他颜色并行呈圆弧形排列的光带。由于彩虹的绚丽多彩，为人们创造了很多浪漫的机会，也激发了很多文人骚客的创作灵感，那么彩虹出现的基本原理到底是什么呢？
在解释彩虹这一特殊现象之前，首先介绍几个最基本的物理知识。
（1）光是一种电磁波，跟日常生活中的手机信号、WIFI信号一样，都是一种通过电磁场进行传输的现象。而人类眼睛的关键蛋白是可以对某些频率的电磁波产生感光作用的，这就是说，在某些频率段中的电磁波，人类是可以看得见的，我们称之为可见光。
（2）太阳光，也就是我们常见的可见光，虽然是白色的，但其实它是一种复合光，由红、黄、橙、绿、青、蓝、紫等多种颜色的可见光组合在一起形成。
（3）可见光在不同的介质中都是可以传播的，比如空气、水、玻璃等，但是由于不同的介质属性不同，其传播速度不一样，而且如果传播介质不发生变化，可见光将以直线的形式前行，如果介质发生变化，将会在介质交界处，可见光前行路径发生弯折。不同频率的可见光，发生弯折的程度有所不同。
（4）可见光在某种介质中传播时，如果碰到某种可反射的介质，该光束将会对称地反射回来，如果碰到很小的颗粒，该光束将会发生散射，即方向发生变化。
彩虹出现的时间，都是在雨过天晴时。此时大雨刚刚结束，很多雨滴都悬浮在空气中，太阳出来后，大量的太阳光（复合光）射向空气中，碰到悬浮在空气中的雨滴就会发生特殊的折射、反射现象。如图1所示，为太阳光射到雨滴后的光束折射与反射而产生色散的示意图。
图1太阳光对雨滴的折射、反射示意图 图2海平面上空反射光传播示意图
在未经过雨滴之前，太阳光束是凝聚在一起的一个光束，在遇到雨滴之后，根据光的折射原理，传播介质发生变化，太阳光也会发生折射现象。太阳光是由不同频率的可见光复合而成，不同频率的光，对相同的介质变化而发生折射时，弯折的程度是不一样的，对空气、雨滴的介质变化，频率越高，弯折程度越大，所以在太阳光进入水滴之后，就会被分成几种颜色光。光束在水滴中传播时，经过水滴低，会有一部分的光折射回来（当然，也会有一部分光穿出水滴，此时的色散较轻，现象较浅），折射是对称的现象；在水滴中继续传播，经过水滴、空气的介质变化，将发生第二次折射，此时，一束太阳光将会被分散成了最原始的组成光束了，进而在多数水滴联合作用下，形成了彩虹这一特殊的自然现象。
2.2 海市蜃楼
海市蜃楼是指在平静的海平面、沙漠等地方上空出现的高楼大厦、城市等一种特殊的自然现象，这一特殊的自然现象其实是由于光的折射现象与反射现象形成的。从基本的物理知识可知，光在传播介质发生变化时，会发生折射现象，在特殊的时候也会发生反射现象。
以海平面为例，由于海水的热容量较大，所以在同样的太阳光照射下，海上的温度要比沙滩、空气等要低，这也就造成了越接近海水的地方，温度越低，从而使得海平面以上的空气，形成了由低到高的温度梯度。而空气的密度则随着温度的变化而变化，温度越低，其密度越大，温度越高，密度越小，进而在海平面的上空，形成了由高到低的密度梯度。光束在密度不同的传播介质中，折射率是会发生变化的，密度越大，折射率越大，即折射角度越大，密度越小，折射率越小，即折射角度越小。所以在某些特殊物体，如海边附近的建筑物、行人、车辆等的反射光在照射到海平面上空时，由于空气折射率的梯度变化，使得该折射光不再像固定密度的空气介质中直线前进，而是向海平面的方向偏离。如图2所示，为物体折射光在海平面上空的传播路线示意图。
当该反射光传播到海平面时，如果岸边有人站立时，朝着反射光传播的反方向看去，就会看到建筑物、车辆、行人等，由于人们的视觉是直线的，所以最终的视觉成像就是在海平面之上，进而形成了海市蜃楼的现象。
值得注意的是，在戈壁沙漠中，由于沙子的热容量小于空气，所以也会在沙漠上空形成折射率梯度变化的空气，故而也会形成特殊的海市蜃楼的现象。在沙漠中行走的人们，如果看到有树木、行人、建筑等，很有可能就是海市蜃楼。
2.3 宇宙膨胀论
宇宙膨胀学说是目前天文物理中对宇宙研究的一个重要学说，该理论认为很多星球都是逐渐远离地球的，宇宙处在不断膨胀过程中。得出宇宙膨胀论的一项重要参考指标，就是根据星球的光谱数据来进行说明的。生活中很常见的现象：火车进站鸣笛时，在火车站内的人会感觉到火车声音音调越来越高，而在火车离站鸣笛时，音调会越来越低，这就是声波的多普勒现象。声音也是一种波的存在形式，当火车进站时，由于火车处在靠近运动中，鸣笛声源生成的固定频率会随着火车速度的变化而变化。声音接受者认为，速度会增加，距离不变，而传播时间则会变短，对于声波来说，频率则会变高。在火车出站时，频率则会降低。
同样的，宇宙中很多星球都会发光，假如一个星球相对于地球距离不变，那么类似于声波多普勒现象，地球上接收到的光波频率与该星球的光波发射频率相同。但是，如果该星球逐渐远离地球，那么在地球上接收到的光波频率应该小于该星球光波发射频率，反之亦然。在宇宙研究过程中，研究学者发现很多星球的光谱频率都在向频率低的红光移动，这就意味着频率逐渐在降低，根据光波多普勒效应可知，大多数的星球都在远离地球。
3. 总结
物理本身并没有太多神秘，很多理论都是来源于生活现象。高中物理的学习，大都能与生活现象关联，如果能够利用物理知识来解释生活中的特殊现象，对于物理知识的学习将会更进一步，更上一层楼。
参考文献
[1] 刘振生. 高中物理光学在实际生活的应用 [J]. 理科考试研究. 2014（9）
[2] 王坤，尤东. 生活中的光学[J]. 物理教学探讨. 2009（32）
作者简介：戴逸飞（1998-），男，湖北黄梅人，汉族，武汉市第二中学高三学生。
关键词：高中物理光学；反射；光频率
1. 概述
高中物理是整个教学体系中非常重要的一部分，尤其是光学知识，更是在现实生活中扮演着重要的角色，对于了解社会现象和推动国民生活质量方面，发挥着关键性的作用，在光学仪器、照明设备、激光设备、光感传输等领域也得到广泛的应用。然而，高中物理中的光学理论知识，大都来源于自然现象或者日常的生活现象，所以在对高中物理知识学习之后，反过来从物理专业角度解释它们实现的基本原理，对于高中物理的学习与理论水平的提升将会更上一个新的台阶。
2. 生活现象的高中物理光学知识解释
物理这门学科的基本理论很多都是来自于生活中的实际现象，尤其是高中物理，更是与生活的各种现象紧密相连。很多光学现象，都可以通过高中物理的光学知识来解释，比如常见的彩虹、海市蜃楼、宇宙膨胀学说等。
2.1 雨后彩虹
彩虹是一种在大雨过后，太阳出来时常见的一种自然现象。彩虹是由多种色彩构成的“彩带”，一般呈现为外红内紫，配合其他颜色并行呈圆弧形排列的光带。由于彩虹的绚丽多彩，为人们创造了很多浪漫的机会，也激发了很多文人骚客的创作灵感，那么彩虹出现的基本原理到底是什么呢？
在解释彩虹这一特殊现象之前，首先介绍几个最基本的物理知识。
（1）光是一种电磁波，跟日常生活中的手机信号、WIFI信号一样，都是一种通过电磁场进行传输的现象。而人类眼睛的关键蛋白是可以对某些频率的电磁波产生感光作用的，这就是说，在某些频率段中的电磁波，人类是可以看得见的，我们称之为可见光。
（2）太阳光，也就是我们常见的可见光，虽然是白色的，但其实它是一种复合光，由红、黄、橙、绿、青、蓝、紫等多种颜色的可见光组合在一起形成。
（3）可见光在不同的介质中都是可以传播的，比如空气、水、玻璃等，但是由于不同的介质属性不同，其传播速度不一样，而且如果传播介质不发生变化，可见光将以直线的形式前行，如果介质发生变化，将会在介质交界处，可见光前行路径发生弯折。不同频率的可见光，发生弯折的程度有所不同。
（4）可见光在某种介质中传播时，如果碰到某种可反射的介质，该光束将会对称地反射回来，如果碰到很小的颗粒，该光束将会发生散射，即方向发生变化。
彩虹出现的时间，都是在雨过天晴时。此时大雨刚刚结束，很多雨滴都悬浮在空气中，太阳出来后，大量的太阳光（复合光）射向空气中，碰到悬浮在空气中的雨滴就会发生特殊的折射、反射现象。如图1所示，为太阳光射到雨滴后的光束折射与反射而产生色散的示意图。
图1太阳光对雨滴的折射、反射示意图 图2海平面上空反射光传播示意图
在未经过雨滴之前，太阳光束是凝聚在一起的一个光束，在遇到雨滴之后，根据光的折射原理，传播介质发生变化，太阳光也会发生折射现象。太阳光是由不同频率的可见光复合而成，不同频率的光，对相同的介质变化而发生折射时，弯折的程度是不一样的，对空气、雨滴的介质变化，频率越高，弯折程度越大，所以在太阳光进入水滴之后，就会被分成几种颜色光。光束在水滴中传播时，经过水滴低，会有一部分的光折射回来（当然，也会有一部分光穿出水滴，此时的色散较轻，现象较浅），折射是对称的现象；在水滴中继续传播，经过水滴、空气的介质变化，将发生第二次折射，此时，一束太阳光将会被分散成了最原始的组成光束了，进而在多数水滴联合作用下，形成了彩虹这一特殊的自然现象。
2.2 海市蜃楼
海市蜃楼是指在平静的海平面、沙漠等地方上空出现的高楼大厦、城市等一种特殊的自然现象，这一特殊的自然现象其实是由于光的折射现象与反射现象形成的。从基本的物理知识可知，光在传播介质发生变化时，会发生折射现象，在特殊的时候也会发生反射现象。
以海平面为例，由于海水的热容量较大，所以在同样的太阳光照射下，海上的温度要比沙滩、空气等要低，这也就造成了越接近海水的地方，温度越低，从而使得海平面以上的空气，形成了由低到高的温度梯度。而空气的密度则随着温度的变化而变化，温度越低，其密度越大，温度越高，密度越小，进而在海平面的上空，形成了由高到低的密度梯度。光束在密度不同的传播介质中，折射率是会发生变化的，密度越大，折射率越大，即折射角度越大，密度越小，折射率越小，即折射角度越小。所以在某些特殊物体，如海边附近的建筑物、行人、车辆等的反射光在照射到海平面上空时，由于空气折射率的梯度变化，使得该折射光不再像固定密度的空气介质中直线前进，而是向海平面的方向偏离。如图2所示，为物体折射光在海平面上空的传播路线示意图。
当该反射光传播到海平面时，如果岸边有人站立时，朝着反射光传播的反方向看去，就会看到建筑物、车辆、行人等，由于人们的视觉是直线的，所以最终的视觉成像就是在海平面之上，进而形成了海市蜃楼的现象。
值得注意的是，在戈壁沙漠中，由于沙子的热容量小于空气，所以也会在沙漠上空形成折射率梯度变化的空气，故而也会形成特殊的海市蜃楼的现象。在沙漠中行走的人们，如果看到有树木、行人、建筑等，很有可能就是海市蜃楼。
2.3 宇宙膨胀论
宇宙膨胀学说是目前天文物理中对宇宙研究的一个重要学说，该理论认为很多星球都是逐渐远离地球的，宇宙处在不断膨胀过程中。得出宇宙膨胀论的一项重要参考指标，就是根据星球的光谱数据来进行说明的。生活中很常见的现象：火车进站鸣笛时，在火车站内的人会感觉到火车声音音调越来越高，而在火车离站鸣笛时，音调会越来越低，这就是声波的多普勒现象。声音也是一种波的存在形式，当火车进站时，由于火车处在靠近运动中，鸣笛声源生成的固定频率会随着火车速度的变化而变化。声音接受者认为，速度会增加，距离不变，而传播时间则会变短，对于声波来说，频率则会变高。在火车出站时，频率则会降低。
同样的，宇宙中很多星球都会发光，假如一个星球相对于地球距离不变，那么类似于声波多普勒现象，地球上接收到的光波频率与该星球的光波发射频率相同。但是，如果该星球逐渐远离地球，那么在地球上接收到的光波频率应该小于该星球光波发射频率，反之亦然。在宇宙研究过程中，研究学者发现很多星球的光谱频率都在向频率低的红光移动，这就意味着频率逐渐在降低，根据光波多普勒效应可知，大多数的星球都在远离地球。
3. 总结
物理本身并没有太多神秘，很多理论都是来源于生活现象。高中物理的学习，大都能与生活现象关联，如果能够利用物理知识来解释生活中的特殊现象，对于物理知识的学习将会更进一步，更上一层楼。
参考文献
[1] 刘振生. 高中物理光学在实际生活的应用 [J]. 理科考试研究. 2014（9）
[2] 王坤，尤东. 生活中的光学[J]. 物理教学探讨. 2009（32）
作者简介：戴逸飞（1998-），男，湖北黄梅人，汉族，武汉市第二中学高三学生。