物理光学中的STS问题

在新课程改革的背景下，纵观近几年全国物理高考走向，STS问题已经越来越成为高考的热点。物理学科本身的特点就决定了学科内容与科学、技术和社会是密不可分的。笔者就物理光学部分的STS问题进行一些分析，希望能够起到抛砖引玉的作用。

1与自然相关STS问题

例1秋高气爽的夜里，我们仰望天空时，会觉得星光闪烁不定，这主要是因为

A.星星在运动

B.地球在绕太阳公转

C.地球在自转

D.大气的密度分布不稳定，星光经过大气层后，折射光方向随大气密度而变化

解析地球周围分布着大气层，各层大气的温度、密度都不相同，对光线的折射情况自然也不同；而且大气在不停地运动，所以我们看星星闪烁不定的主要原因应是答案D。

例2我国南宋程大昌的《演繁露》中记述：“凡风雨初霁，或露之未，其余点缀于草木枝之末，日光入之，五色俱足，闪烁不定，是乃日之光品著色于光，而非雨露有所五色也。”这段文字记叙的是光的何种现象

A.反射B.色散

C.干涉D.衍射

解析日光经水珠折射，各种不同单色光由于折射率不同而发生色散，与雨后彩虹的形成相似，故选答案B。

例3落日之红如何形成？

解析接近地平线的落日的光线经过长距离的空气层，相对高频率的蓝紫光大部分被散射掉，到达我们眼睛里的主要是波长较大的红黄光，所谓金色的太阳余辉正是由此而来。

例4白云为什么是白色的？

解析主要原因是由于云是由无数小水滴组成的，这种小水滴的线度一般比可见光波长要大，这样入射光在小水滴的外表面向各个方向反射，以及折射进入其中的光线在内表面的反射与再次折射，这一过程并没有哪种色光损失掉，结果我们看到的还是复色白光。

例5科学家之所以关注南极臭氧空洞，是因为

A.紫外线有较强的化学作用，可杀菌、消毒、治疗皮肤病及软骨病

B.大气中的臭氧层能吸收太阳光中的过强的紫外线

C.强烈的紫外线照射对人及其它动物可能是有害的

D.臭氧空洞使气候恶化

解析臭氧层就像一张巨大的网，反射来自太阳的过强的紫外线，出现臭氧空洞后到达地面上的紫外线辐射大大增强，将严重伤害地球表面上生存的生物，使气候和生态环境发生变异，还会降低人体免疫功能，诱发各种疾病。故选择答案BD。

2与生活相关STS问题

例6高层建筑外墙大量使用的幕墙玻璃，在白天时外面的人看不清室内的物体，而室内的人却能看见外面的景物，你认为原因应该是什么？

解析现实生活中大量使用的幕墙玻璃是在外层涂有一层高反膜，那是一种对光的反射率远远大于透射率的物质。

例7现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把车灯光逆向反射回去，所以标志牌上的字都特别醒目。这种膜是用球体反射元件制成的。如图1所示，反光膜内部均匀分布着直径为10μm的细玻璃珠，折射率为n等于根号3，为使入射光线经玻璃珠折射―反射―折射后恰好和入射光线平行，第一次入射时的入射角应是多少？

例8光纤通信技术的核心部件是光导纤维。光导纤维结构如图3所示，它由折射率为n1的材料制成内芯，在外层包上折射率为n2的外套，光线在内芯与外套的界面上发生全反射。下列说法正确的是

A.内芯和外套的折射率应满足 n1＞n2

B.内芯和外套的折射率应满足 n1＜n2

C.从左端面入射的光线，入射角必须大于某值，光才能被传导

D.从左端面入射的光线，入射角必须小于某值，光才能被传导

解析光线要在内芯与外套的界面上发生全反射，表明内芯是光密介质，外套是光疏介质。另外当光在光导纤维的侧壁上由内芯射向外套时，只有当入射角大于临界角时，光线才能发生全反射，这就要求从左端面入射的光线，其入射角必须小于某值，光才能被传导。故选择答案AD。

另外，2005年广东省高考题也是光纤通信问题，所有答案均来自教材上的表述，如光纤通信利用光作为载体来传递信息；目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝等。

3与科技相关STS问题

例9（2004年天津）激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔t的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔t、双缝到屏之距离l以及相邻两条亮条纹间距x。若所用激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是

解析虽然题目来自于高科技，但究其实质模型，应用双缝干涉相邻条纹间距公式可以容易解决，由公式Δx=lλd及d=vΔt即可导出

结论B。

例10如图4所示，激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光AO以入射角i照射液面，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光讯号变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度。如果发现光点在屏上向右移动了S的距离射到C点，由此计算液面降低了多少？

解析根据题意可以作出如右图5所示的光路图，从图上容易看出：

例11（2004年山东）太阳表面温度约为6000K，主要发出可见光，人体温度约为310K，主要发出红外线，宇宙间的温度约为3K，所发出的辐射称为“3K背景辐射”。若要进行“3K背景辐射”的观测，应该选择下列哪一个波段A.无线电波B.可见光

C.紫外线D.x射线

解析由题目所给的信息可以看出，物体的温度越高，所辐射电磁波的波长越小，因此可以确定“3K背景辐射”在极低温度下，应是比红外线波长还大的电磁波，即可知应该选择答案A是正确的。

通过以上分析，我们可以看到光学知识与STS相联系的题目的基本特点，以及解决这类问题的基本思路。有时题目给的信息量虽然很大，而解决的过程反而简单，可能是一个或两个基本规律就能解决。这就要求我们在解这类问题时，不要有害怕心理，首先把应该掌握的知识掌握牢固，理解透彻；然后平时多留意身边可见、可闻、可感的现象，多动脑子，尽量将所学知识应用于实践，这样就可以促进知识灵活迁移，让知识产生更大的意义。

注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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