Question

【題目】閱讀圖文資料，完成下列要求。

光線在不同密度的透明介質(zhì)中傳播時，傳播方向發(fā)生變化的現(xiàn)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(xué)現(xiàn)象都與折射引起的光線彎曲有關(guān)。某些時候行駛在高速公路上，會看到不遠(yuǎn)的前方路面上好像有一灘積水，車開過去后卻發(fā)現(xiàn)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?shù)墓饩�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(xiàn)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(fā)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(xiàn)“積水區(qū)”的季節(jié)，并說明此時高速公路上氣溫垂直分布特點。

（2）根據(jù)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(fā)區(qū)域，海上海市蜃樓出現(xiàn)時往往伴隨著霧氣。試分析霧氣形成的原因。

（4）請推測出可能會多次出現(xiàn)上蜃景的地點，并畫出上蜃景光線折射路徑圖。

Answer 1

【答案】（1）夏季。下熱上冷，垂直差異顯著。

（2）沙漠地區(qū)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(jìn)入到密度小的空氣，折射角變大；當(dāng)折射角增大到一定程度，發(fā)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(xiàn)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(wěn)定。

（4）高緯度地區(qū)雪面、冰面，較冷的洋面、河湖面。

【解析】

（1）根據(jù)材料，高速公路的這些“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?shù)墓饩�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(xiàn)象和沙漠中的海市蜃樓成因一致。出現(xiàn)季節(jié)主要是夏季。地面輻射是大氣主要直接熱源，此時高速公路上氣溫垂直分布特點是下熱上冷，垂直差異顯著。

（2）根據(jù)大氣受熱過程原理，沙漠地區(qū)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，而上層空氣距地面較遠(yuǎn)，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(jìn)入到密度小的空氣，折射角變大。當(dāng)折射角增大到一定程度，發(fā)生全反射而向上照射，形成下蜃景。圖丙沙漠中的海市蜃樓是光線向下傳輸時因發(fā)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。

（3）海上海市蜃樓出現(xiàn)時往往伴隨著霧氣，霧氣形成需要水汽、靜風(fēng)、逆溫條件。海上水汽含量豐富，形成霧的水汽條件充足。海市蜃樓出現(xiàn)時海面溫度低，近海面的空氣溫度低，水汽凝結(jié)。海上空氣下冷上暖，大氣穩(wěn)定，所以形成霧。

（4）可能會多次出現(xiàn)上蜃景的地點是高緯度地區(qū)雪面、冰面，較冷的洋面、河湖面。形成下冷上暖的大氣結(jié)構(gòu)，結(jié)合光線的折射角度變化，繪制上蜃景光線折射路徑圖，光線折射角度應(yīng)與下蜃景相反。