
在现实生活中,光现象无处不在,它们既熟悉又神秘。从日食、月食这样的天文现象,到肥皂泡上的彩色图案,光现象贯穿了我们的日常生活。这些现象背后,往往隐藏着光的波动性质。现在,让我们一起来探索身边那些奇妙的光现象。
一、光的传播
光在均匀介质中沿直线传播,这是光的基本特性之一。我们常见的日食和月食,就是光在同一种均匀介质中沿直线传播的例证。日食时,观察者在本影范围内看到太阳全部被月球遮住,称为日全食;在半影内则见到太阳部分被月球遮住,称为日偏食;在伪本影内见到太阳的中间部分被月球遮住,周边剩下一个光环,称为日环食。当月球绕地球运行到太阳与地球之间几乎与太阳同起同落时,从地球上见不到月球,这时称为朔,日食现象发生在朔的时候。朔的周期约为29.5天。但不是每隔29.5天都发生一次日食,原因是月球绕地球运行的轨道平 面和地球绕太阳运行的轨道平面不完备重合,两者之间有5°9′的平均夹 角。所以只有当朔时太阳离两个轨道 平面的交点在某一角度以内时才会发 生日食。
二、光的反射
我们能看到物体,有的是因为它们能发光,有的是因为它们能反射光。光的反射分为镜面反射和漫反射。平行光经镜面反射仍平行,很多时候我们都利用镜面反射,但有时镜面反射却是我们要避免的。比如教学用的黑板,如果太光滑就会造成很多同学看 不清字。这是因为反射光大部分光沿与 镜面反射的路径传播。这时只要把黑板 弄粗糙一些即可。当光射到两种媒质界面,只产生反射而不产生 折射的现象叫全反射。当光由光密媒质射向光 疏媒质时,折射角将大于入射角。当入射角增 大到某一数值时,折射角将达到90°,这时 在光疏媒质中将不出现折射光线,只要入射角大 于上述数值时,均不再存在折射现象,这就是 全反射。所以,产生全反射的条件是:①光必 须由光密媒质射向光疏媒质。②入射角必须大 于临界角。由于镜面反射常常造成光的能量损 失,常常用全反射透镜代替平面镜。潜望镜就 是这样做的。全反射的应用很广,如改变光的 传播方向、测量折射率和传导光束等。
三、光的折射
光的折射满足折射定律。其内容如下:①折射线、法线、入射线在同 一平面内。②折射线、入射线在法线的两侧。③折射角的正弦与入射 角的正弦的比值是一常数。 光由光速大的媒质进入光速小的媒质,光线将向法线偏折,即光线配 法线的夹角变小。 在水底有一束光源,光束达到水面然后折射到空气中,当然,也有一 部分光线产生反射。当入射角加大时 ,更多的光线产生反射。当入 射角大于或等于临界角时,发生全反射。临界角是由两个介质的折射 率来决定的: n 是两个介质的折射率。 nair water sinθ nair / nwater crit
眼睛是视觉器官,和照相机相似,一部分是光学成像系统,能够保证在视网膜上形成外界物体清晰的像;另一部分是与照相底片相似的感光层,即视网膜上的感光细胞及其外段的光敏色素。 眼球近似于球体,内部的角膜、水样液、晶状体及玻璃体构成屈光系统,起到一个双凸透镜的作用。眼睛比照相机机构要复杂得多。除了有一套自动调节控制机制外还能把光携带的信息变成神经电信号并经过初步加工处理传到大脑。 眼睛有一套自动调节控制机制,即能使远处的物体成像在视网膜上,也能使近处的物体成像在视网膜上。其原因是晶状体本身是有弹性的,可以靠周围肌肉的运动改变它的表面的弯曲程度,从而改变其焦距。因此眼睛是一种精巧的变焦距系统。眼睛要看清一个物体,除了像要成在视网膜上以外,还需要成在视网膜上的像足够的明亮,这主要靠瞳孔的调节,瞳孔的大小是可以改变的,改变它就可以控制进入眼球的光线的多少,它的作用像照相机的光圈。另外眼睛要看清楚一个物体还要满足第三个条件,就是物体的两端对眼睛光心所张的视角要大于1分。当物体对眼睛所张的视角小于1分的时候,在视网膜上所成的像就会落在同一个感光细胞上,整个物体看上去就会缩成了一点无从分辨。 物体上射出的光一部分进入眼睛在视网膜上成一实像,我们就看清了物体。眼睛不仅能看清物体,而且还能看清物体通过光学系统所成的虚像,虚像是反射光线或折射光线的反向延长线形成的,但这些反射光线或折射光线进入眼睛后能在视网膜上成一实像。 人们眼球的焦距只有1.5厘米左右,所以观察的物体一般总在眼睛的两倍焦距以 外,它在视网膜上所成的像是缩小倒立的实像,由于长时间的感受已养成习惯, 脑神经能清楚地识别各种物体,不至有上下倒置、左右易位的感觉。