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(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(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)。

（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。

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(qiáng)，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。

【解析】

題目通過海市蜃樓現(xiàn)象出現(xiàn)的原理，考查不同天氣、季節(jié)情況下，大氣的受熱過程及原理的應(yīng)用能力。

（1）由題干“這些積水實(shí)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�！狈治�，此時實(shí)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(zhì)進(jìn)入低密度介質(zhì)。在夏季，太陽輻射強(qiáng)，路面比熱容小，吸熱多，升溫快，路面輻射導(dǎo)致近地面溫度高，空氣密度小，從而出現(xiàn)該現(xiàn)象。此時高速公路上氣溫垂直分布特點(diǎn)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(qū)晴天多，夏季太陽輻射強(qiáng)，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，入射角小于折射角；當(dāng)折射角隨密度差異增大而增大到一定程度，發(fā)生全反射而向上照射，在人們觀察的視野中就出現(xiàn)下蜃景，從而出現(xiàn)了海市蜃樓現(xiàn)象。（3）海上海市蜃樓多為上蜃景，出現(xiàn)時往往入射角大于折射角，光線由低密度區(qū)進(jìn)入高密度區(qū)。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(fā)旺盛，水汽含量豐富，海市蜃樓出現(xiàn)時海面溫度低，空氣密度大，近海面的空氣溫度低，水汽凝結(jié)形成小水滴；海上空氣下冷上暖，大氣穩(wěn)定，風(fēng)力小等。