浅谈运用光学原理解析家庭生活中的光学现象.docVIP

PAGE  PAGE 4 浅谈运用光学原理解析家庭生活中的光学现象 杨刘洋 摘要：随着现代电子信息科学技术和光学技术的发展，两者的结合在现代生活中的应用越来越广泛。其应用牵涉到的领域不计其数，本文主要运用一些基本的光学知识结合电子信息技术对家庭生活中的一些光学现象进行分析和解释，包括家用电器中和日常生活中的一些光学现象。 关键词：干涉；色散；三基色；全息；激光 光在人们的生活中占据着重要的地位，可以说是任何事物都无法取代的，没有光，就没有这五彩缤纷的世界，世界将一片黑暗；没有了光，就不可能有现在这个世界。从古代开始，人们便对光学有了一定的了解，但是由于人们的认识所限，不可能对世界上的各种光学现象作出合理的，科学的解释。随着科技的发展，人们对光的认识也不断加深，能够合理地解释各种光学现象，并能利用光更好的为人们服务。下面我们来针对家庭生活中光的不同特性产生的现象来揭开“她”原有的神秘面纱。 生活中光的直线传播、反射、折射、衍射 若你站在有灯光（或者阳光）的地方，你会发现你的身后有一道轮廓和你一模一样的影子，当你运动时，它也会跟随着你变化。若你站在大树下会看到地面上的一个个光斑，你会很容易的想到这些都是由于光的直线传播特性决定的，当光线能够直接照射到的地方可以看见，光线不能够直接照射到的地方就看不见或者是黑色的。 当你站在镜子前或者平静的水面旁时，你会看见自己的像，或者你周围事物的像，用平面镜成像原理这也不难解释，是由于人或者周围事物发出的光线经镜面或者水面反射后形成的实像传播到人的眼睛里而感觉到。你也许会观察到清澈的池水变浅以及棍子放在水中的部分发生折断等现象，这都可以用光的折射定律很好的解释，光在不同的介质中传播时由于两者的折射率不同导致光的传播方向发生改变，偏离原来的方向传播，呈现的是虚像。在防盗门上安装的“观察镜”就是凹凸镜的组合，其中就利用折射原理来设计的。 在中国古代就有这样一句话“未见其人，先闻其声”，这句话很好的反映了光和声音的衍射特性，也从侧面反映了光的直线传播特性。虽然光波和声波都是波，具有波的基本特征比如“衍射”，但是要根据衍射发生的条件（当障碍物的尺寸与波长相当时，能够发生明显衍射）来判断是否能够发生衍射。由于在两人之间有一个较大的障碍物，其中一个人发出的可见光的波长较短不能绕过障碍物发生衍射而传播到障碍物后另一个人的眼睛里，因此不能见其人；然而由人发出的声波的波长却相对较长能够绕过障碍物传播到后面被另一个人的耳朵里，因此可以闻其声。 生活中光的干涉、色散、散射 在家里洗衣服或者洗碗的时候你会看到有五颜六色的气泡泡。这是由于白光光线传播到气泡的上表面时一部分光发生反射，另一部分光穿过气泡，再经气泡的下表面反射回来，两部分光的频率相同，由于有光程差的存在，而两者相位不同，在上表面相遇后发生了干涉，因此呈现出五颜六色的气泡。在阳光充足的白天向空中喷水或者雨后有太阳照射时，你会很明显的看到七色彩虹。由于空气中水分的增加导致局部空气的折射率增大，当太阳光照射时，光线发生折射，使不同颜色的光（也是不同频率的光）分离开来，呈现不同的颜色，由于白光包含其他颜色，所以看到的彩虹也是七色的。由于每种介质对不同频率的光的折射率不同，导致不同颜色的光发生分离的现象就是—色散，如图1所示。 当你看不同粗糙程度的物体表面时你会觉得反射的光线强度不同，即使你看到的物体是黑色的。会不会是因为大部分光线被物体吸收的缘故？其实不一定，各种物体对电磁波都有吸收，但是不同材质的物体对不同波段的光（电磁波）的吸收不同，有的是因为某些材质对某些频率的光吸收的较多，反射回来的光线少强度弱；有的是因为表面的粗糙程度不同，对光线的反射方向也不同，粗糙度越大发生散射的可能性越大，使得反射回某一方向的光线大幅减少。为什么空气是无色的而天空看上去还是蓝色的呢？这也是因为空气中的一些水汽或者小颗粒对光线发生了散射作用，如图2所示。 图1光的色散原理图 图2光的散射示意图 生活电器中的光学现象以及三基色成像 家庭里使用的早期照明灯是普通的钨丝灯，钨丝通电流后因发热达到一定程度后而发光，该灯的发光效率不是特别的高，而且能耗高，光的强度也不算特别大。随着科技的进步出现了普通的日光灯，是一根玻璃管，内壁涂有一层荧光粉（钨酸镁、钨酸钙、硅酸锌等），灯管内充有稀薄的惰性气体（如氩气） 和水银蒸汽，灯管两端有由钨制成的灯丝，灯丝涂有受热后易于发射电子的氧化物。当灯丝有电流通过时，使灯管内灯丝发射电子，还可使管内温度升高，水银蒸发。若在灯管的两端加上足够的电压，就会使管内氩气电离，从而使灯管由氩气放电过渡到水银蒸气放电。放电时发出不可见的紫外光线照射在管壁内的荧光粉上面，使灯管发出各种颜色的可见光线。为了节能的需