巧借高中物理光学知识诠释自然现象

宋敬东

摘 要：自然界中许多自然现象都涉及到物理知识，本文巧妙利用高中物理的光学知识阐述了自然界中几种常见的现象。在给学生增添物理学科的趣味性的同时提升了学生对物理学习的积极性，激发了学生内心对物理奥秘探究的好奇心，从而提升学生对物理知识与技能的理解程度和运用效率。

关键词：光的折射；光的反射；光的偏振；自然现象

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）12（S）-0047-2

物理学科是一门自然科学，然而许多学过物理的同学都感觉物理难学，高中物理老师也感觉物理难教，这也是教与学所遇到尴尬局面。其实日常生活中的各种现象和规律都是与物理知识息息相关的，正是这个原因，许多学生对物理学科的学习产生了浓厚兴趣。笔者凭借自身从事高中物理教学工作多年来的实践经验，针对于一系列的日常生活中的自然现象问题，巧妙利用物理中的光学知识，采取理论联系实际的方式进行阐述和解释，希望能给读者带来一定的帮助和借鉴。

1 自然现象之“海市蜃楼”

小学语文课本教材中就有关于海市蜃楼的文章出现。在科学不发达的年代，许多统治者迷信的认为这是神的力量和化身。其实，这些自然界的蜃景是一种比较奇特的光学现象。那么，这些现象究竟是怎样形成的呢？

在平静的海面上，由于水的热容量比较大，在靠近海平面的上方，空气的温度比上空空气温度低。根据大气层分布特点，空气的密度随温度的升高反而减小，空气对光的折射率也是随温度的升高而减小。可见，在海平面上方空气可以看成多个水平空气层且折射率由下至上是逐渐减小的。远处的景物发出的光由底层空气射向上空的过程中，不断地被折射。根据折射定律可知光线射向折射率较小的上一层的入射角度越来越大，图1所示为光在多个水平空气层中的折射现象。当光线的入射角度大于该介质的临界角度时就会发生全反射现象，远处景物发出的光线就由高空通过多层空气层的折射返回到底层。这些光线可以进入处于海岸附近的观察者的眼中，这样观察者就能看到远处景物形成的虚像。图2所示就是海平面上形成的蜃景即海市蜃楼。

2 自然现象之“炫光”

许多人都有在公园里面划船的经历，在湖面上会经常遇到使人视觉产生疲劳的耀眼的炫光，从而影响游人划船的质量。这是因为在水的表面同时发生了镜面反射和漫反射，它们的反射光重叠时就造成了这种炫光现象。太阳光是自然光，经过镜面反射后通常形成了部分偏振光，经过漫反射后是非偏振光，这些从水平面上反射回来的光中含有大量的在水平方向振动的直线偏振光。只有将水平方向振动的偏振光减弱才能消除水面上形成的炫光。所以，游客们遇到这种情况时都会戴上与普通眼镜外观相同的偏振太阳眼镜。这种偏振太阳眼镜中设计安装了偏振轴在竖直方向的偏振片，水面上的沿水平方向振动的偏振光经过偏振片后被大大减弱，从而达到“吸收”的效果，游客就不会感到有炫光刺眼。

3 自然现象之“彩虹”

俗话说：“风雨过后见彩虹”，特别是在夏天雨过天晴天空出现绚丽的彩虹究竟是如何产生的呢？雨后的天空布满了大量的小水珠，光线射入水珠这一介质中会发生折射而引起色散现象。如图3所示为一条单色光线在水珠中的折射光路图。

光线1由空气进入介质发在折射为光线2，经过反射后为光线3，再经过一次由介质进入空气折射后为光线4。由于自然界的太阳光为复色光（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫），各色光在水珠介质中折射率不同，折射光线的偏折程度就不同。如图4所示，为红光与紫光两种单色光在同一水珠中的光路图。可见太阳光经过水珠折射和反射以后能够分解成七种颜色的依次排列的光带。雨后的天空有大量的水珠，在阳光的照射下就形成了各色绚丽的彩虹了。

4 自然现象之“黑花的稀少”

花卉是自然界中人类的朋友。各种奇花异草盛开的花朵争芳斗艳，不仅净化空气而且给人以美的享受。培育与探究植物的工作人员都清楚，在庞大的植物世界里黑色的花卉非常少，出现这种情况的缘由还要从物理学中的光学知识来解释。自然界的太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫多种不同波长和频率的单色光组成的复色光，柔嫩的花瓣对于太阳光中的红、橙和黄色的光具有较强的反射作用，使得花的组织不至于被光的能量灼伤，形成了一种自然的保护作用。因而，自然界中红、橙和黄色的花卉比较多，然而黑色对光的反射作用最差，几乎全部吸收太阳光的能量，被照射的黑色花瓣温度升高很快，则灼伤黑色花的组织就很容易发生了，存活的可能性就比较小，长期以来黑色花卉的种类就越来越少。当然这也只是黑色花种变少的缘故之一，可能还与花卉自身的生物特性等相关因素有关。

总而言之，自然界中许多自然现象都是与物理学科息息相关的，人类在探索和改造自然的过程中离不开物理知识与能力的合理利用，作为高中物理老师在平时的课堂教学中完全可以借助于学生感兴趣的自然奇特现象加以利用，让学生感觉物理学科的乐趣性，进而提高高中物理教育教学的效率和质量。

参考文献：

[1]王坤，尤东.生活中的光学[J].物理教学探讨，2009，（32）：57.

[2]曹俊友.生活中的物理知识[J].物理教学探讨，2007，（1）：33.

（栏目编辑 陈 洁）

摘 要：自然界中许多自然现象都涉及到物理知识，本文巧妙利用高中物理的光学知识阐述了自然界中几种常见的现象。在给学生增添物理学科的趣味性的同时提升了学生对物理学习的积极性，激发了学生内心对物理奥秘探究的好奇心，从而提升学生对物理知识与技能的理解程度和运用效率。

关键词：光的折射；光的反射；光的偏振；自然现象

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）12（S）-0047-2

物理学科是一门自然科学，然而许多学过物理的同学都感觉物理难学，高中物理老师也感觉物理难教，这也是教与学所遇到尴尬局面。其实日常生活中的各种现象和规律都是与物理知识息息相关的，正是这个原因，许多学生对物理学科的学习产生了浓厚兴趣。笔者凭借自身从事高中物理教学工作多年来的实践经验，针对于一系列的日常生活中的自然现象问题，巧妙利用物理中的光学知识，采取理论联系实际的方式进行阐述和解释，希望能给读者带来一定的帮助和借鉴。

1 自然现象之“海市蜃楼”

小学语文课本教材中就有关于海市蜃楼的文章出现。在科学不发达的年代，许多统治者迷信的认为这是神的力量和化身。其实，这些自然界的蜃景是一种比较奇特的光学现象。那么，这些现象究竟是怎样形成的呢？

在平静的海面上，由于水的热容量比较大，在靠近海平面的上方，空气的温度比上空空气温度低。根据大气层分布特点，空气的密度随温度的升高反而减小，空气对光的折射率也是随温度的升高而减小。可见，在海平面上方空气可以看成多个水平空气层且折射率由下至上是逐渐减小的。远处的景物发出的光由底层空气射向上空的过程中，不断地被折射。根据折射定律可知光线射向折射率较小的上一层的入射角度越来越大，图1所示为光在多个水平空气层中的折射现象。当光线的入射角度大于该介质的临界角度时就会发生全反射现象，远处景物发出的光线就由高空通过多层空气层的折射返回到底层。这些光线可以进入处于海岸附近的观察者的眼中，这样观察者就能看到远处景物形成的虚像。图2所示就是海平面上形成的蜃景即海市蜃楼。

2 自然现象之“炫光”

许多人都有在公园里面划船的经历，在湖面上会经常遇到使人视觉产生疲劳的耀眼的炫光，从而影响游人划船的质量。这是因为在水的表面同时发生了镜面反射和漫反射，它们的反射光重叠时就造成了这种炫光现象。太阳光是自然光，经过镜面反射后通常形成了部分偏振光，经过漫反射后是非偏振光，这些从水平面上反射回来的光中含有大量的在水平方向振动的直线偏振光。只有将水平方向振动的偏振光减弱才能消除水面上形成的炫光。所以，游客们遇到这种情况时都会戴上与普通眼镜外观相同的偏振太阳眼镜。这种偏振太阳眼镜中设计安装了偏振轴在竖直方向的偏振片，水面上的沿水平方向振动的偏振光经过偏振片后被大大减弱，从而达到“吸收”的效果，游客就不会感到有炫光刺眼。

3 自然现象之“彩虹”

俗话说：“风雨过后见彩虹”，特别是在夏天雨过天晴天空出现绚丽的彩虹究竟是如何产生的呢？雨后的天空布满了大量的小水珠，光线射入水珠这一介质中会发生折射而引起色散现象。如图3所示为一条单色光线在水珠中的折射光路图。

光线1由空气进入介质发在折射为光线2，经过反射后为光线3，再经过一次由介质进入空气折射后为光线4。由于自然界的太阳光为复色光（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫），各色光在水珠介质中折射率不同，折射光线的偏折程度就不同。如图4所示，为红光与紫光两种单色光在同一水珠中的光路图。可见太阳光经过水珠折射和反射以后能够分解成七种颜色的依次排列的光带。雨后的天空有大量的水珠，在阳光的照射下就形成了各色绚丽的彩虹了。

4 自然现象之“黑花的稀少”

花卉是自然界中人类的朋友。各种奇花异草盛开的花朵争芳斗艳，不仅净化空气而且给人以美的享受。培育与探究植物的工作人员都清楚，在庞大的植物世界里黑色的花卉非常少，出现这种情况的缘由还要从物理学中的光学知识来解释。自然界的太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫多种不同波长和频率的单色光组成的复色光，柔嫩的花瓣对于太阳光中的红、橙和黄色的光具有较强的反射作用，使得花的组织不至于被光的能量灼伤，形成了一种自然的保护作用。因而，自然界中红、橙和黄色的花卉比较多，然而黑色对光的反射作用最差，几乎全部吸收太阳光的能量，被照射的黑色花瓣温度升高很快，则灼伤黑色花的组织就很容易发生了，存活的可能性就比较小，长期以来黑色花卉的种类就越来越少。当然这也只是黑色花种变少的缘故之一，可能还与花卉自身的生物特性等相关因素有关。

总而言之，自然界中许多自然现象都是与物理学科息息相关的，人类在探索和改造自然的过程中离不开物理知识与能力的合理利用，作为高中物理老师在平时的课堂教学中完全可以借助于学生感兴趣的自然奇特现象加以利用，让学生感觉物理学科的乐趣性，进而提高高中物理教育教学的效率和质量。

参考文献：

[1]王坤，尤东.生活中的光学[J].物理教学探讨，2009，（32）：57.

[2]曹俊友.生活中的物理知识[J].物理教学探讨，2007，（1）：33.

（栏目编辑 陈 洁）

摘 要：自然界中许多自然现象都涉及到物理知识，本文巧妙利用高中物理的光学知识阐述了自然界中几种常见的现象。在给学生增添物理学科的趣味性的同时提升了学生对物理学习的积极性，激发了学生内心对物理奥秘探究的好奇心，从而提升学生对物理知识与技能的理解程度和运用效率。

关键词：光的折射；光的反射；光的偏振；自然现象

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）12（S）-0047-2

物理学科是一门自然科学，然而许多学过物理的同学都感觉物理难学，高中物理老师也感觉物理难教，这也是教与学所遇到尴尬局面。其实日常生活中的各种现象和规律都是与物理知识息息相关的，正是这个原因，许多学生对物理学科的学习产生了浓厚兴趣。笔者凭借自身从事高中物理教学工作多年来的实践经验，针对于一系列的日常生活中的自然现象问题，巧妙利用物理中的光学知识，采取理论联系实际的方式进行阐述和解释，希望能给读者带来一定的帮助和借鉴。

1 自然现象之“海市蜃楼”

小学语文课本教材中就有关于海市蜃楼的文章出现。在科学不发达的年代，许多统治者迷信的认为这是神的力量和化身。其实，这些自然界的蜃景是一种比较奇特的光学现象。那么，这些现象究竟是怎样形成的呢？

在平静的海面上，由于水的热容量比较大，在靠近海平面的上方，空气的温度比上空空气温度低。根据大气层分布特点，空气的密度随温度的升高反而减小，空气对光的折射率也是随温度的升高而减小。可见，在海平面上方空气可以看成多个水平空气层且折射率由下至上是逐渐减小的。远处的景物发出的光由底层空气射向上空的过程中，不断地被折射。根据折射定律可知光线射向折射率较小的上一层的入射角度越来越大，图1所示为光在多个水平空气层中的折射现象。当光线的入射角度大于该介质的临界角度时就会发生全反射现象，远处景物发出的光线就由高空通过多层空气层的折射返回到底层。这些光线可以进入处于海岸附近的观察者的眼中，这样观察者就能看到远处景物形成的虚像。图2所示就是海平面上形成的蜃景即海市蜃楼。

2 自然现象之“炫光”

许多人都有在公园里面划船的经历，在湖面上会经常遇到使人视觉产生疲劳的耀眼的炫光，从而影响游人划船的质量。这是因为在水的表面同时发生了镜面反射和漫反射，它们的反射光重叠时就造成了这种炫光现象。太阳光是自然光，经过镜面反射后通常形成了部分偏振光，经过漫反射后是非偏振光，这些从水平面上反射回来的光中含有大量的在水平方向振动的直线偏振光。只有将水平方向振动的偏振光减弱才能消除水面上形成的炫光。所以，游客们遇到这种情况时都会戴上与普通眼镜外观相同的偏振太阳眼镜。这种偏振太阳眼镜中设计安装了偏振轴在竖直方向的偏振片，水面上的沿水平方向振动的偏振光经过偏振片后被大大减弱，从而达到“吸收”的效果，游客就不会感到有炫光刺眼。

3 自然现象之“彩虹”

俗话说：“风雨过后见彩虹”，特别是在夏天雨过天晴天空出现绚丽的彩虹究竟是如何产生的呢？雨后的天空布满了大量的小水珠，光线射入水珠这一介质中会发生折射而引起色散现象。如图3所示为一条单色光线在水珠中的折射光路图。

光线1由空气进入介质发在折射为光线2，经过反射后为光线3，再经过一次由介质进入空气折射后为光线4。由于自然界的太阳光为复色光（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫），各色光在水珠介质中折射率不同，折射光线的偏折程度就不同。如图4所示，为红光与紫光两种单色光在同一水珠中的光路图。可见太阳光经过水珠折射和反射以后能够分解成七种颜色的依次排列的光带。雨后的天空有大量的水珠，在阳光的照射下就形成了各色绚丽的彩虹了。

4 自然现象之“黑花的稀少”

花卉是自然界中人类的朋友。各种奇花异草盛开的花朵争芳斗艳，不仅净化空气而且给人以美的享受。培育与探究植物的工作人员都清楚，在庞大的植物世界里黑色的花卉非常少，出现这种情况的缘由还要从物理学中的光学知识来解释。自然界的太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫多种不同波长和频率的单色光组成的复色光，柔嫩的花瓣对于太阳光中的红、橙和黄色的光具有较强的反射作用，使得花的组织不至于被光的能量灼伤，形成了一种自然的保护作用。因而，自然界中红、橙和黄色的花卉比较多，然而黑色对光的反射作用最差，几乎全部吸收太阳光的能量，被照射的黑色花瓣温度升高很快，则灼伤黑色花的组织就很容易发生了，存活的可能性就比较小，长期以来黑色花卉的种类就越来越少。当然这也只是黑色花种变少的缘故之一，可能还与花卉自身的生物特性等相关因素有关。

总而言之，自然界中许多自然现象都是与物理学科息息相关的，人类在探索和改造自然的过程中离不开物理知识与能力的合理利用，作为高中物理老师在平时的课堂教学中完全可以借助于学生感兴趣的自然奇特现象加以利用，让学生感觉物理学科的乐趣性，进而提高高中物理教育教学的效率和质量。

参考文献：

[1]王坤，尤东.生活中的光学[J].物理教学探讨，2009，（32）：57.

[2]曹俊友.生活中的物理知识[J].物理教学探讨，2007，（1）：33.

（栏目编辑 陈 洁）