Question

物理光学

1、请设计两个简单的实验来说明光的折射现象，详细说明设计的实验，并对观察到的现象分析解释。
2、为什么天空是蓝的？为什么傍晚的太阳颜色发红？
3、为什么汽车雾灯用黄色的，而不是红色的？

Answer 1

1.回答如下：
设计实验和进行实验：
［设计实验1］在碗中盛满水，把筷子斜插到碗的底部，从侧面斜视水面，会发现水中的筷子看上去好像向上弯折了。
［设计实验2］在空的茶杯里放一枚硬币，移动杯子，使眼睛刚刚看不到硬币，保持眼睛和杯子的位置不变，慢慢地向杯里倒水，随着水面的升高，观察者看到了硬币，还会发现硬币升高了。

分析与解释：
实验者能看见水中“弯折”的筷子和“升高”的硬币，是由于光在水和空气的界面上发生了光的折射现象所致。

2、回答与解释：
大气对光的散射有个特点，波长较短的光容易被散射，波长较长的光不容易被散射。天空是蓝的，这是因为大气对阳光中波长较短的蓝光散射的较多的缘故。
傍晚的太阳颜色发红，这是因为傍晚的阳光要透过厚厚的大气层，蓝光、紫光大部分被散射掉了，剩下红光、橙光透过大气射入我们的眼睛的缘故。

3、回答与解释：
雾灯的光应该不容易被空气散射，才有较强的穿透作用，才能让更远处的人看到。蓝光、紫光容易被大气散射，在空气中传不远，所以雾灯不能选用蓝光、紫光。红光不容易被空气散射，在空气中可以传播很远的距离。但人眼对红光的敏感程度不如对黄光、绿光的敏感程度。而绿光表示可以安全通行，所以雾灯选择了黄光。

Answer 2

1.筷子插入盛满水的碗里会发生弯折。
游泳池里的水看上去比实际要浅。
2.蓝：如果阳光从天空照射下来，它就会连续不断地碰到某些障碍——即使没有下雨。因为光所必须穿透的空气并不是空的，它由很多很多微小的微粒组成。其中的大多数，百分之九十九不是氮气便是氧气，其余则是别的气体微粒和微小的漂浮微粒，它们来源于汽车的废气、工厂的烟雾、森林火灾或者火山爆发出来的岩灰。虽然氧气和氮气微粒比一滴雨水小一百万倍，但是它们也照样能阻挡阳光的去路。光线从这些众多的小“绊脚石”上弹回，并改变自己的方向：光线被散射出去，这是我们化学家和物理学家们的说法。波长短的蓝色光和紫色光比波长长的橙色光和红色光散射得多。所以散射的光中，紫光比红光几乎多10倍，而蓝光则几乎比红光多6倍。绿色的、黄色和橙色的光线，敌不过占优势的蓝色光线和紫色光线，所以我们觉得这些散射的光是蓝色的——天蓝色的。发现这一切的是英国物理学家和诺贝尔奖获得者瑞利勋爵，他在130年前就已经发现了：当光线透过空气偏离了它原来的直线方向时，光的波长不同，偏离的距离不同。后来人们为了向他表示敬意，便把这个散射过程叫做瑞利散射。如果你向天空看去，你主要看见的是阳光中被散射的蓝色的光，而不是未经散射的阳光。
红：因为霞是红的
在日出与日落前后，天空中往往出现形态多变、五彩缤纷的大气光象，这就是霞。根据出现的时间又分别称为朝霞（早霞）或晚霞。朝晚霞出现的方位和色彩受到太阳位置、空气中水汽与气溶胶分布、以及云量和云状的影响。
在曙暮光时间内，阳光斜穿过大气层，并且在低层大气中有很长的光程，由于大气中空气分子、水汽、尘埃微粒对光的散射和吸收，使阳光受到很大衰减，各种不同颜色光衰减情况又不相同，因此，通过气层后的阳光已经显示出不同的颜色，这些光再经过大气中散射粒子的散射，才能到达人的眼睛。这就进一步增加了天空色彩的复杂性。大气中成份与状态都在不断地变化，形成了变化万千的美丽彩霞。
当阳光穿过大气层时，波长较短的紫光散射衰减较多，透射后“剩余”的日光中颜色偏于波长较长的红光，因此，我们在太阳高度角很低的日出、日落时，看到的太阳光盘是橙红色的，这种偏于红色的阳光再通过天空中散射粒子散射后仍然是波长较长的光居多，因此，霞光大多偏于红、橙、黄等色彩。而且越接近地平线，霞的色彩越偏于红色。在接近天顶方向，阳光穿过低层大气较少，波长较短的光衰减相对少些，“剩余阳光”中仍有一些兰绿色光，因而有时能看到兰绿色霞光。有时，高层大气散射的兰光与低层大气散射的红光“重叠”进入人的眼睛，就会看到显示紫色的天空。一般来讲，在日出日落方向上，从地面向天顶，霞的色彩排列是接近地面为红色，渐次变为橙、黄、绿、兰各种颜色。
3.黄色是穿透力最强的，大雾中就需要穿透力强的灯。