Question

【題目】閱讀材料，完成下列要求。

光線在不同密度的透明介質中傳播時，傳播方向發生變化的現象，叫做光的折射。入射光線和法線的夾角稱為入射角，折射光線與法線的夾角稱為折射角（圖甲）。許多有趣的光學現象都與折射引起的光線彎曲有關。某些時候行駛在高速公路上，會看到不遠的前方路面上好像有一灘積水，車開過去后卻發現路面干燥，沒有積水。這些“積水”實際上是由于高速公路上方的空氣存在密度差異，使天空向下傳輸的光線因折射而彎曲，將天空的圖像“倒映”在了路面上而形成的。這種現象和沙漠中的海市蜃樓成因一致。圖乙示意沙漠中海市蜃樓形成過程中光線的折射路徑，圖8示意沙漠海市蜃樓的形成過程。如圖丙沙漠中的海市蜃樓是光線向下傳輸時因發生折射而向上彎曲形成的，因此我們看到的海市蜃樓虛像位置往往低于實際物體，這種海市蜃樓叫下蜃景。與此相反，還普遍存在虛像高于實際物體的海市蜃樓，叫做上蜃景。

（1）判斷高速公路多現“積水區”的季節，并說明此時高速公路上氣溫垂直分布特點。

（2）根據上述材料，利用大氣受熱過程原理，描述沙漠中下蜃景的形成過程。

（3）海面也是海市蜃樓的多發區域，海上海市蜃樓出現時往往伴隨著霧氣。試分析霧氣形成的原因。

Answer 1

【答案】（1）夏季。下熱上冷；垂直差異顯著。

（2）沙漠地區晴天多，夏季太陽輻射強，沙子的比熱容小，吸收太陽輻射迅速增溫，沙漠近地面空氣溫度較高；近地面空氣受熱膨脹，密度變小，而上層空氣溫度較低，密度相對較大；光線自上而下由密度較大的空氣進入到密度小的空氣，折射角變大；當折射角增大到一定程度，發生全反射而向上照射，形成下蜃景。

（3）海上水汽含量豐富；海市蜃樓出現時海面溫度低，近海面的空氣溫度低，水汽析出；海上空氣下冷上暖，大氣穩定。

【解析】

題目通過海市蜃樓現象出現的原理，考查不同天氣、季節情況下，大氣的受熱過程及原理的應用能力。

（1）由題干“這些積水實際上是由于高速公路上方的空氣存在密度差異，使天空向下傳輸的光線因折射而彎曲，將天空的圖像倒映在了路面上而形成的�！狈治觯�此時實物成像位置降低，說明入射角小于折射角，公路路面附近溫度高，空氣密度小，高空密度大，天空光線由高密度介質進入低密度介質。在夏季，太陽輻射強，路面比熱容小，吸熱多，升溫快，路面輻射導致近地面溫度高，空氣密度小，從而出現該現象。此時高速公路上氣溫垂直分布特點是下熱上冷，垂直差異明顯。（2）沙漠中下蜃景的形成過程與高速公路上的類似，沙漠地區晴天多，夏季太陽輻射強，沙子的比熱容小，吸收太陽輻射迅速增溫，沙漠近地面空氣溫度較高；近地面空氣受熱膨脹，密度變小，而上層空氣溫度較低，密度相對較大；光線自上而下由密度較大的空氣進入到密度小的空氣，入射角小于折射角；當折射角隨密度差異增大而增大到一定程度，發生全反射而向上照射，在人們觀察的視野中就出現下蜃景，從而出現了海市蜃樓現象。（3）海上海市蜃樓多為上蜃景，出現時往往入射角大于折射角，光線由低密度區進入高密度區。伴隨著霧氣，說明近海面溫度低，空氣密度大。所以霧氣形成的原因是海上水汽蒸發旺盛，水汽含量豐富，海市蜃樓出現時海面溫度低，空氣密度大，近海面的空氣溫度低，水汽凝結形成小水滴；海上空氣下冷上暖，大氣穩定，風力小等。