海市蜃樓形成的原因.doc

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海市蜃樓的形成原因 （S16E05班 陳世軍2016440557） 一、簡(jiǎn)介 平靜的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方，偶爾會(huì)在空中或地下出現(xiàn)高大樓臺(tái)、城廓、樹木等幻景，稱為海市蜃樓。古人不明白產(chǎn)生這種景象的原因，對(duì)它作了不科學(xué)的解釋，認(rèn)為是海中蛟龍(即蜃)吐出的氣結(jié)成的，因而叫做“海市蜃樓”，也叫蜃景。 實(shí)際上，海市蜃樓是一種真實(shí)的光學(xué)現(xiàn)象，與光線在空氣中的折射和全反射有關(guān)。根據(jù)空氣在豎直方向的變化情況的不同可以分類為下蜃景和上蜃景 。 二、上蜃景 在夏季，傍晚在平靜無風(fēng)的海面上，向遠(yuǎn)方望去有時(shí)能看到山峰、船舶、樓臺(tái)、亭閣、集市、廟宇等出現(xiàn)在遠(yuǎn)方的空中，這就是“上現(xiàn)蜃樓”；白天海水濕度比較低，下層空氣受水溫影響，較上層空氣為冷，出現(xiàn)下冷上曖的反?，F(xiàn)象。下層空氣本來就因氣壓較高，密度較大，現(xiàn)在再加上氣溫又較上層為低，密度就顯得特別大，因此空氣層形成了下密上稀的差別異常顯著，而折射率隨密度增大而增大，因此空氣層隨高度增加而折射率不斷變大。可以粗略的把海面上的空氣看做由不同折射率的水平汽層組成的。 當(dāng)遠(yuǎn)處物體反射出的光線射向空中時(shí)，首先進(jìn)入折射率較大的的上層氣層，不斷發(fā)生折射。由于光線從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，折射角大于入射角，使每次折射的入射角不斷增大，當(dāng)光線的入射角大于臨界角時(shí)，將發(fā)生全反射。這些光線進(jìn)入觀察者的眼中，就會(huì)在這些光線的反向延長線上看到景物的虛像，這就是上蜃景，上蜃景形成的像是正立的。原理如圖一。 （圖一） 3、 下蜃景 處溫度很高故下層空氣密度小而上層空氣密度逐漸增大，從沙漠地面向上空氣的折射率從小到大連續(xù)變化，故從遠(yuǎn)處物體或藍(lán)色天空斜射向地面的光線，進(jìn)入折射率逐漸減小的熱空氣層被折射后，其折射角大于入射角且折射角與入射角均逐漸增大，使傳播方向總要向上偏一些，而且入射光線可能在沙漠地面附近發(fā)生全反射。 由于人眼不能看到光線的曲折而是按直線追溯射入眼中的光線的方向看到物體的，所以人看到這些光線好像是由他的前方射來的，于是人們就看到前方遠(yuǎn)處物體的倒影或者感覺到前方的沙漠中出現(xiàn)了一片蔚藍(lán)發(fā)光的湖面（由于被太陽曬熱的沙漠表面的空氣不斷地向上流動(dòng)、晃動(dòng)，也由于空氣在折射率的變化，故他還會(huì)感覺到這蔚藍(lán)的湖面晃動(dòng)不止而真像波浪起伏那樣）；但由于上面所形成的是遠(yuǎn)處物體或藍(lán)色天空的倒立虛像，在沙漠中實(shí)際是沒有的；故人們看到前方的物體或水源但向前奔去卻總是可望而不可即。 從遠(yuǎn)方高處射來的陽光，首先進(jìn)入下方折射率較小的空氣層，時(shí)不斷發(fā)生折射。由于光線從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，入射角不斷增大，當(dāng)大于臨界角時(shí)，也要發(fā)生全反射。這些光進(jìn)入觀察者的眼中，遠(yuǎn)處的地面就顯得格外明亮，好象反光的水面一樣。有時(shí)看到遠(yuǎn)處物體的倒像，就好象水中的“倒影”一樣，這就是下蜃景，下蜃景形成的像是倒立的。原理如圖二。 （圖二） 海市蜃樓的形成條件要求空氣密度在水之方向差異極大，無論哪一種海市蜃樓，只能在無風(fēng)或風(fēng)力極微弱的天氣條件下出現(xiàn)。當(dāng)有風(fēng)時(shí)會(huì)引起了上下層空氣的攪動(dòng)混合，上下層空氣密度的差異減小了，光線沒有什么異常折射和全反射，那么所有的幻景就立刻消逝了。 參考文獻(xiàn) [1] 張遂生.海市蜃樓的人工再現(xiàn).物理教學(xué)探討.2004（3）：25-26 [2] 劉春波.淺析海市蜃樓的成因.現(xiàn)代物理知識(shí),15(3):63-64 [3] 陳曉莉.海市蜃樓現(xiàn)象成因及模擬實(shí)驗(yàn).教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2005（2）：20-21