事业单位公基之物理知识：光学

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生活中，人们经常会忽略某些很重要的存在!正是因为某些存在太平常了，太普遍了，所以才最容易被忽视。比如光，大家有没有了解过关于光的知识呢?今天小编带着大家了解一下光学的知识。

　　一、光的概念

　　1.光是沿射线传播的，光的传播也不需要任何介质。但是，光在介质中传播时，由于光受到介质的相互作用，其传播路径遇到光滑的物体会发生偏折，产生反射与折射的现象。

　　2.光也可看作是一种频率很高的电磁波，也可把光看成是一个粒子，即光量子，简称光子。

　　3.光以波的形式传播，不同波长的光呈现不同的颜色。光速极快。在真空中为3.0×108m/s，在空气中的速度要慢些。

　　4.小孔成像：用一个带有小孔的板遮挡在墙体与物之间，墙体上就会形成物的倒影，我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板，墙体上像的大小也会随之发生变化，这种现象说明了光沿直线传播的性质。

　　二、光的反射

　　1.概念

　　光的反射指光在传播到不同物质时，在分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象。光遇到水面、玻璃以及其他许多物体的表面都会发生反射。

　　2.分类

　　光的反射分为镜面反射和漫反射。

　　(1)镜面反射

　　①概念：发生在十分光滑的物体表面(如镜面)——两条平行光线能在反射物体上反射过后仍处于平行状态——入射光线平行，反射光线也平行，其他方向没有反射光。

　　②镜面反射的应用之平面镜

　　A.水中的倒影：光照射在平静的水面上所成的等大虚像。成像原理遵循平面镜成像的原理;

　　B.平面镜成像：镜子中的另一个影像叫虚像。镜子里的影像就叫平面镜成像，经常被缩写为镜像;

　　C.潜望镜：潜望镜其构造与普通地上望远镜相同，只是另加两个反射镜使物光经两次反射而折向眼中。

　　③镜面反射的应用之球面镜

　　A.凸面镜：对光线起发散作用。

　　——应用：机动车后视镜、街头拐弯处的反光镜。

　　B.凹面镜：对光线起会聚作用，平行光射向凹面镜会聚于焦点;焦点发出的光平行射出。

　　——应用：太阳灶、手电筒反射面、天文望远镜。

　　(2)漫反射

　　①概念：由于物体的表面凸凹不平，凸凹不平的表面会把光线向四面八方反射。

　　②特性：漫反射的每条光线均遵循反射定律。

　　三、光的折射

　　1.概念

　　光的折射是指光线从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象。

　　折射使池水“变浅”、筷子“弯折”、水中人看岸上树“变高”。

　　2.折射现象：

相关知识： 海市蜃楼，简称蜃景，常在海上、沙漠中产生，是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像。由于不同的空气层有不同的密度（因海面上暖空气与高空中冷空气之间的密度不同/沙漠无风时上空的垂直气温差异显著，下热上冷，上层空气密度高，下层空气密度低），而光在不同的密度的空气中又有着不同的折射率，光线折射而产生蜃景。 彩虹的形成：彩虹是气象中的一种光学现象。当阳光照射到半空中的雨点，光线被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光谱。彩虹是一种自然现象，是由于阳光射到空气的水滴里，发生光的反射和折射造成的。

　　3.应用——透镜

　　(1)概念

　　透镜是指由透明物质制成(一般是玻璃)，至少有一个表面是球面的一部分，对光起折射作用的光学元件。凸透镜对光起会聚作用;凹透镜对光起发散作用。

　　(2)生活中的透镜

　　①照相机：镜头相当于凸透镜，来自物体的光经过照相机镜头后会聚在胶片上，成倒立、缩小的实像。

　　②投影仪：镜头相当于凸透镜，来自投影片的光通过凸透镜后成像，再经过平面镜改变光的传播方向，使屏幕上成倒立、放大的实像。

　　③放大镜：成正立、放大的虚像。

　　④近视的矫治——佩戴凹透镜;远视的矫治——佩戴凸透镜。

　　四、光的色散

　　1.光的色散：复色光分解为单色光的现象。

　　让一束白光射到玻璃棱镜上，光线经过棱镜折射以后就在另一侧面的白纸屏上形成一条彩色的光带，其颜色的排列是靠近棱镜顶角端是红色，靠近底边的一端是紫色，中间依次是橙黄绿蓝靛，这样的光带叫光谱。

　　2.白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种色光组成的复色光。红、橙、黄、绿等色光叫做单色光，光学中的三基色为红、绿、蓝。红色光波长最长，穿透空气能力最强。

相关知识： 植物叶子呈现绿色，因为其他光被吸收用于光合作用等。 不同物体对不同颜色的反射、吸收和透过的情况不同，因此呈现不同的色彩。如一个黄色的光照在一个蓝色的物体上，那个物体显示的是黑色，因为蓝色的物体只能反射蓝色的光，而不能反射黄色的光，所以把黄色光吸收了，就只能看到黑色了。但如果是白色的话，就反射所有的色。

　　五、可见光与不可见光

　　1.可见光：是电磁波谱中人眼可以感知的部分，一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400～760nm之间。包括红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光，人眼最为敏感的波长处于光学频谱的绿光区域。

　　2.不可见光：人类肉眼看不到的光，其中包括无线电波，微波，红外光，紫外光，x射线，γ射线、远红外线等。

　　紫外线：是电磁波谱中波长从10nm～400nm辐射的总称，不能引起人们的视觉。当紫外线照射人体时，能促使人体合成维生素D，以防止患佝偻病;紫外线也可以用来灭菌。但过多的紫外线进入体内会对人体造成皮肤癌。

　　红外线：是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在760纳米(nm)到1mm之间，比红光长的非可见光。红外线在日常生活中应用也非常广泛，高温杀菌、监控设备、手机的红外接口、宾馆的房门卡、电视机遥控器等，都有红外线的影子。

　　x射线：X射线是粒子流，是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁波。其波长很短约介于0.01~100埃之间。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。可用于肿瘤诊疗。

　　无线电波：无线电波是指在自由空间(包括空气和真空)传播的射频频段的电磁波。无线电波的波长越短、频率越高，相同时间内传输的信息就越多。运用非常广泛：调频广播、移动电话、无线电紧急定位信标、数字微波传输设备、卫星导航系统、雷达、微波炉利用高功率的微波对食物加热。

　　六、光的运用

　　1.激光：被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。光是从组成物质的原子中发射出来的，原子获得能量后处于不稳定状态(也就是激发状态)，它会以光子的形式把能量发射出去。而激光，就是被引诱(激发)出来的光子队列，这光子队列中的光子们，光学特性一样，步调极其一致，威力很大，过去常把激光称为“死光”。

　　激光的运用：运用激光进行检测及切割、焊接、打孔微雕等各种加工工艺;激光诊疗、美容;军事上发明激光武器;激光通信、激光测速等。

　　2.光纤：因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。

　　【例题】

　　1. (单选题)“一叶障目，不见泰山”是由于(      )造成的。

　　A. 光的直射

　　B. 光的反射

　　C. 光的折射

　　D. 光的散射

　　【答案】A【解析】本题考查物理知识。“一叶障目，不见泰山”从字面意思来看，就是一片叶子挡住了眼睛，眼睛就看不见后面的泰山了。这是因为叶子挡住了来自泰山的光线，之所以能挡住就是因为光是沿直线传播的。故本题正确答案为A。

　　2. (判断题)人们有时会在海上或沙漠中看到海市蜃楼景象，海市蜃楼现象是由于光的直射而形成的现象。(     )

　　【答案】错误【解析】本题考查物理知识。发生在沙漠里的“海市蜃楼”，就是太阳光遇到了不同密度的空气而出现的折射现象。沙漠里，白天沙石受太阳炙烤，沙层表面的气温迅速升高。由于空气传热性能差，在无风时，沙漠上空的垂直气温差异非常显著，下热上冷，上层空气密度高，下层空气密度低。当太阳光从密度高的空气层进入密度低的空气层时，光的速度发生了改变，经过光的折射，便将远处的绿洲呈现在人们眼前了，在海面或江面上，有时也会出现这种“海市蜃楼”的现象。故本题错误。

　　3. (单选题)光的折射，是指光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，从而使光线在介质的交界处发生偏折。根据上述定义，下列现象不属于光的折射造成的是(     )

　　A. 吸管插在有饮料的杯子里，页面下的吸管与液面上的吸管看起来不在一条直线上

　　B. 散步经过池塘时，往池塘里看可以看见池塘边树的倒影

　　C. 使用放大镜看报纸，感觉报纸上的字大了许多

　　D. 在河边看小溪底的石头，感觉石头所处的位置没有实际那么深

　　【答案】B【解析】本题考查物理知识。A项：吸管插在有饮料的杯子里，页面下的吸管与液面上的吸管看起来不在一条直线上是光的折射造成的，A项错误;B项：树的倒影是光的反射形成的虚像，B项正确;C项：放大镜是利用凸透镜对光起会聚作用，发生折射现象，C项错误;D项：石头反射的光线斜射到水面发生折射，D项错误。故本题正确答案为B。

（编辑：枣阳华图）