高中物理光学知识分析与拓展

王子明

【摘 要】高中物理对光学的阐述非常到位，但是不够全面，只能说是给与学生们一个初步的认识。由于光学知识比较难，大多数地区只对光电效应进行了学习，对其他的知识不做要求，而且基础知识是在初中学习的。本文对以往知识进行了简要的总结分析，并进行了其他方面的知识讲解，如偏振、衍射、干涉、应用等，希望能对学生们了解光学知识有一定的帮助。

【关键词】光；光学；物理；高中

光源，是指能够自行发光的物体。光具有能量，在介质中传播就是能量的传播。生活中的光源非常多，有最大的光源——太阳，还有各种人造光源如LED灯、白炽灯、激光、气体放电光源等。因为光，地球上有了生命有了文明；因为光，我们的世界变得绚丽多彩。光学知识，是从初中就开始学习，到高中进一步的细化，但是仍然不够全面，有必要进一步的拓展，丰富广大高中生对光学的认识，了解光学知识的应用。

一、光学基本知识总结

（一）光的直线传播

光的直线传播是指光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，这是光传播的基本定理。各种频率的光在真空中传播速度C=3×108m/s；各种频率的光在介质中的传播速度均小于其在真空中的传播速度，即v

（二）光与影的关系

影是自光源发出并与投影物体表面相切的光线在背光面的后方围成的区域，即通常所说的投影。本影是发光面较小的光源在投影物体后形成的光线完全不能到达的区域。半影是指发光面较大的光源在投影物体后形成的只有部分光线照射的区域。天象日食和月食就是光与影的知识，人位于月球的本影内能看到日全食，位于月球的半影内能看到日偏食，位于月球本影的延伸区域（即“伪本影”）能看到日环食。当地球的本影部分或全部将月球反光面遮住，便分别能看到月偏食和月全食。

（三）小孔成像及视觉成像原理

用眼睛看物或像的本质是凸透镜成像原理：角膜、水样液、晶状体和玻璃体共同作用的结果相当于一只凸透镜。发散光束或平行光束经这只凸透镜作用后，在视网膜上会聚于一点，引起感光细胞的感觉，通过视神经传给大脑，产生视觉。

（四）光的反射

光的反射现象：光从一种介质射到另一种介质的界面上再返回原介质的现象。反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，且反射光线和人射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。光滑平面上的反射现象叫做镜面反射，粗糙平面上的反射现象叫做漫反射。镜面反射和漫反射都遵循反射定律。

（五）光路可逆原理及平面镜成像

所有几何光学中的光现象，光路都是可逆的。平面镜只改变光束的传播方向，不改变光束的聚散性质；成像特点是等大正立的虚像，物和像关于镜面对称；像与物方位关系为上下不颠倒，左右要交换。

二、光学知识拓展

了解光的折射现象，掌握光的折射定律，理解折射率的含义，理解全反射、临界角的物理概念和内涵，了解光导纤维的工作原理和光纤在生产、生活中的应用，这些是目前需要学习和掌握的。此外还需要了解的是光的其他特性。比较难的是光的衍射和干涉现象、光源的辐射特性、光谱特性等，还有光与其他学科的交叉知识。

（一）光的干涉、衍射和光的色散现象

这三种现象都可出现彩色条纹，但光学本质不同。区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分。

两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，从而出现亮暗相间的条纹的现象叫光的干涉现象。只有相干波源发出的光互相叠加，才能产生干涉现象，在屏上出现稳定的亮暗相间的条纹。

光的衍射现象是指光波在传播过程中遇到障碍物时，能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象。该现象只有在障碍物的线度比光的波长大得不多或可比拟时才能看到，著名的实验有菲涅尔衍射、夫琅和费单缝衍射、光栅衍射、圆孔衍射等。

（二）光的偏振

光的电磁理论指出光是电磁波，光的振动矢量与光的传播方向垂直。但在实际情况中，光矢量总存在着不同的振动状态，假如光的振动方向在振动面内不具有对称性，就发生了偏振。自然光是光矢量在各个方向上都不发生偏振即对称分布的光。如果介质是偏振材料，则光在传播过程中会发生偏转，入射角不一定等于出射角，但始终遵循光的直线传播定理。

（三）光电效应

高中阶段学习的光电效应实际上是指外光电效应，其实还有内光电效应。外光电效应是指光线照射在某些物体上，使得电子从这些物体表面逸出的现象，逸出的电子叫做光电子，其前提是爱因斯坦的光子假说——光是一粒一粒的粒子流，即光子。内光电效应包括光电导效应和光生伏特效应，前者是指半导体受到光照时会产生电子——空穴对，使得导电性能增强；光线越强阻值越低，这种光照后电阻率发生变化的现象叫做光电导效应。后者是指由光照射引起的PN结两端产生電动势的效应。

（四）光知识的应用

利用材料的光照特性能制作成光敏电阻、光敏二极管、硅光电池，用于传感器制作、电源转换设备。利用光的辐射特性，能制作光电高温计、光电比色高温计、红外侦查、红外遥感、天文探测等设备。利用光的传播特性，制作而成的光纤及传感器，是快速有线上网的设备。还有生活中常见的光控开关、玩具枪上的红外线激光等等。光的应用不胜枚举，遍及各个领域，掌握好知识就能做自己想做的东西，天道酬勤，相信自己能行。

【参考文献】

[1]肖洒.高中物理光学在实际生活的具体应用[J].中华少年，2017（27）

[2]李文胜，段正亚.大学物理学[M].机械工业出版社，2015

[3]郭雅.利用高中物理光学知识解释自然现象[J].读写算·教育教学研究，2015（7）

[4]高发圣.生活实例与高中物理光学课堂[J].中学物理，2015.33（15）：51-52