物理光学在生活的应用

朱亚博

摘 要： 生活中不免有各种信息传达到我们大脑刺激我们的认知。在各种信息中，光学与我们生活密不可分，了解到光学是普通物理中的重要组成部分，包括光的折射、衍射、激光等具体内容。随着社会的发展，光学认知的应用也在不断深入，如激光切割等。本文主要介绍较为基础的物理学知识，对实际生活中的基础光学问题也能够解决，通过现有的光学知识，对彩虹的出现原理、宇宙膨胀理论以及全息技术，通过此类现象的认知更加深入的了解物理学知识在我们生活中的影响。

关键词： 应用和认知;光学知识;生活现象

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.25.223

1 物理光学概念及其重要性

1.1 物理光学的概念

众所周知光学是物理学中五大分支之一。现如今我们常说的光学其实是广义的，是研究从微波、红外线、紫外线直到X射线和γ射线的电磁辐射的产生、传播、接收和显示，并着重研究的范围是从红外到紫外波段。它是物理学的一个重要组成部分

1.2 物理光学的重要性

在声、光、热、电、力--构成了物理学的五大完整体系中，光学是其重要组成之一。就光学来讲，其涵盖的光学工程为其中一个分科。我们知道光可以在不同的介质中进行传播，例如：水、空气等，但是对于不同的介质光在传播过程中的速度也存在差异，若光在运行过程中介质发生改变，光就可能会发生折射效应。此外，光的频率会对折射造成影响。除光学理论外，光学工程应用在诸多领域中也扮演着重要的角色。工业上激光处理材料、军事上以及民用上光学感应光学通信技术、生活中使用的显示器等等诸如此类的应用均为光学应用的技术范例。倘若较好的掌握一定的光学知识，不仅可以提高对生活的认知程度，还能利用所掌握的知识，对日常生活中遇到的一些情况和现象进行解释说明

2 物理光学在实际生活的应用

2.1 彩虹形成原理

彩虹是常见的自然现象，夏天雨水多的时候，雨后天空水气大，经常会出现彩虹。现在雨水少了，空气污染严重了，自然就少见彩虹了。而彩虹的形成对于其出现的原因大部分人就不得而知。彩虹是大量微观水珠形成的宏观现象，每一个空气中的小水珠为一个完整的球状光学晶体，大量小的水珠上形成的小光学现象汇集形成大的光学现象，也就是彩虹。除了雨后初晴的彩虹外我们可以自己“制造”彩虹，也就是对着太阳喷出水雾，就会出现彩虹。

这里我们可以利用高中物理光学中“光的折射”这部分内容来解释其涉及的物理原理主要有光的折射、全反射以及色散。我们了解到太阳光时一种复合光，是由多种不同颜色的光聚集而进而成为光束，在自然条件下这些光束以白色可见光的形式进入人眼。雨后初晴的天空存在大量的霧状水气，而这些水气即为大量的小水珠。高中时我们就了解过水滴有类似放大镜功能。并且由于其外表呈球状，因此更加容易造成光的色散和反射。太阳光照射到这些小水滴上后由于入射角度不同，因此产生的反射角度也各不相同由于光的传播需要介质，而空气是其在地球大气中传播的主要介质，因此光线从其中一种介质入射到另一种介质时也会发生折射，因此，水滴的作用即相当于一面三棱镜，通过光的色散将光束分散成多种颜色，即我们所见到的彩虹。

2.2 宇宙膨胀论

现代天文物理学研究中，宇宙膨胀理论是其重要理论之一。该理论认为宇宙正处在不断膨胀的过程--红移。科研人员根据所测得星球的光谱数据进行相关研究和分析论证了宇宙膨胀论的事实性，而此数据也正是宇宙膨胀论及其重要的参考指标。生活中不乏类似这样的例子：当路上有一辆向我们驶来的急救车时，我们听到的声音就会越来越高，当其远离我们而去时，我们听到的声音就越来越低。在物理学中，可由声波的多普勒效应公式υR=uu±vsυs来说明。公式中，υR表示接收器所接收到的声波频率，vs表示波源相对介质的运动速度，u表示波速。声音是一种波，从本质上讲，光也是以电磁波的形式传播。所以多普勒效应也同样适应于光的传播。

我们可以了解到，相对于其他星体，地球处于相对静止状态。假设地球与这些发光天体之间的距离是恒定不变的。已知宇宙中似于太阳的发光天体更是大量存在，以多普勒效应理论作为基础认知，地球上接受到的光波频率应等于这些发光天体光波的发射频率。若观察到星球逐渐远离地球，那么在地球上接收到的光波频率应小于星球光波发射频率，反之，在地球上接收到的光波频率应大于星球光波发射频率。事实上，在宇宙研究过程中，研究者发现星球的光谱频率都在向频率低的红光移动，这也就意味着频率逐渐降低，根据光波多普勒效应可知，大多数的星球都在远离地球，由此可以推断出宇宙正在膨胀。

3 海市蜃楼

平静的海面、江面等大型水面、沙漠或戈壁等地方，偶尔会在空中出现高楼大厦、森林等幻景，而诸如此类的现象我们称之为海市蜃楼。对于海市蜃楼的出现存在各种说辞。比如古代人们对于海市蜃楼的认知是天空中有神仙在居住，甚至可以看到这些神仙的举动。随着科学技术的进步，对于海市蜃楼的壮景，人们最终解开了其神秘面纱。

就沙漠海市蜃楼其光学原理：在沙漠中沙粒受到阳光直接照射，由于在沙质地表中沙粒的比热容要高于空气，因此地表温度会迅速升高。由于空气的较差导热性，则会形成不同密度的“空气层”，并且越上层的空气温度越低、密度越小。阳光穿过不同的“空气层”将产生折射，从而使远处的景物投射到沙漠表面，形成海市蜃楼。

4 结语

生活是丰富多彩的，科学却是严肃的。对于生活中的多种现象都有其严格的科学依据对。对于科学我们不可以道听途说对真理熟视无睹，也不可对其想当然理解。更多的是通过查阅相关资料或进行相关实验进行科学了解与学习。