海市蜃楼资料

光学小论文——

海市蜃楼

的

形成原因

思源1002班

高阳

10274032

海市蜃楼的形成原因

摘要

本文通过对空气密度不同而产生的折射和全反射来对海市蜃楼这一大气现象的形成原因进行讨论。按照空气密度分布的不同将海市蜃楼分为上蜃景和下蜃景两种情况进行了详细的分析。最后对海市蜃楼产生条件进行了简要分析。

关键词：海市蜃楼，上蜃景，下蜃景，折射，全反射

思源1002班高阳10274032

一、简介

平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方，偶尔会在空中或地下出现高大楼台、城廓、树木等幻景，称为海市蜃楼。古人不明白产生这种景象的原因，对它作了不科学的解释，认为是海中蛟龙(即蜃)吐出的气结成的，因而叫做“海市蜃楼”，也叫蜃景。

实际上，海市蜃楼是一种真实的光学现象，与光线在空气中的折射和全反射有关。根据空气在竖直方向的变化情况的不同可以分类为下蜃景和上蜃景。

二、上蜃景

在夏季，白天海水湿度比较低，下层空气受水温影响，较上层空气为冷，出现下冷上暧的反常现象。下层空气本来就因气压较高，密度较大，现在再加上气温又较上层为低，密度就显得特别大，因此空气层形成了下密上稀的差别异常显著，而折射率随密度增大而增大，因此空气层随高度增加而折射率不断变大。可以粗略的把海面上的空气看做由不同折射率的水平汽层组成的。

当远处物体反射出的光线射向空中时，首先进入折射率较大的的上层气层，不断发生折射。由于光线从光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角，使每次折射的入射角不断增大，当光线的入射角大于临界角时，将发生全反射。这些光线进入观察者的眼中，就会在这些光线的反向延长线上看到景物的虚像，这就是上蜃景，上蜃景形成的像是正立的。原理如图一。

（图一）

海市蜃楼的形成原因

三、下蜃景

在沙漠里，白天地面被太阳晒得灼热，接近沙层的气温升高极快。由于空气不善于传热，所以在无风的时候，空气上下层间的热量交换极小，导致气温下热上冷的垂直差异非常显著，产生下层空气密度比上层小的反常现象，使空气折射率随高度增加而增加。

从远方高处射来的阳光，首先进入下方折射率较小的空气层，时不断发生折射。由于光线从光密介质射入光疏介质，入射角不断增大，当大于临界角时，也要发生全反射。这些光进入观察者的眼中，远处的地面就显得格外明亮，好象反光的水面一样。有时还能看到远处物体的倒像，就好象水中的“倒影”一样，这就是下蜃景，下蜃景形成的像是倒立的。原理如图二。

（图二）

海市蜃楼的形成条件要求空气密度在水之方向差异极大，无论哪一种海市蜃楼，只能在无风或风力极微弱的天气条件下出现。当有风时会引起了上下层空气的搅动混合，上下层空气密度的差异减小了，光线没有什么异常折射和全反射，那么所有的幻景就立刻消逝了。

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参考文献

[1] 张遂生.海市蜃楼的人工再现.物理教学探讨.2004（3）：25-26

[2] 刘春波.浅析海市蜃楼的成因.现代物理知识,15(3):63-64

[3] 陈晓莉.海市蜃楼现象成因及模拟实验.教学仪器与实验，2005（2）：20-21