Question

【题目】阅读材料，完成下列要求。

光线在不同密度的透明介质中传播时，传播方向发生变化的现象，叫做光的折射。入射光线和法线的夹角称为入射角，折射光线与法线的夹角称为折射角（图甲）。许多有趣的光学现象都与折射引起的光线弯曲有关。某些时候行驶在高速公路上，会看到不远的前方路面上好像有一滩积水，车开过去后却发现路面干燥，没有积水。这些“积水”实际上是由于高速公路上方的空气存在密度差异，使天空向下传输的光线因折射而弯曲，将天空的图像“倒映”在了路面上而形成的。这种现象和沙漠中的海市蜃楼成因一致。图乙示意沙漠中海市蜃楼形成过程中光线的折射路径，图8示意沙漠海市蜃楼的形成过程。如图丙沙漠中的海市蜃楼是光线向下传输时因发生折射而向上弯曲形成的，因此我们看到的海市蜃楼虚像位置往往低于实际物体，这种海市蜃楼叫下蜃景。与此相反，还普遍存在虚像高于实际物体的海市蜃楼，叫做上蜃景。

（1）判断高速公路多现“积水区”的季节，并说明此时高速公路上气温垂直分布特点。

（2）根据上述材料，利用大气受热过程原理，描述沙漠中下蜃景的形成过程。

（3）海面也是海市蜃楼的多发区域，海上海市蜃楼出现时往往伴随着雾气。试分析雾气形成的原因。

Answer 1

【答案】（1）夏季。下热上冷；垂直差异显著。

（2）沙漠地区晴天多，夏季太阳辐射强，沙子的比热容小，吸收太阳辐射迅速增温，沙漠近地面空气温度较高；近地面空气受热膨胀，密度变小，而上层空气温度较低，密度相对较大；光线自上而下由密度较大的空气进入到密度小的空气，折射角变大；当折射角增大到一定程度，发生全反射而向上照射，形成下蜃景。

（3）海上水汽含量丰富；海市蜃楼出现时海面温度低，近海面的空气温度低，水汽析出；海上空气下冷上暖，大气稳定。

【解析】

题目通过海市蜃楼现象出现的原理，考查不同天气、季节情况下，大气的受热过程及原理的应用能力。

（1）由题干“这些积水实际上是由于高速公路上方的空气存在密度差异，使天空向下传输的光线因折射而弯曲，将天空的图像倒映在了路面上而形成的。”分析，此时实物成像位置降低，说明入射角小于折射角，公路路面附近温度高，空气密度小，高空密度大，天空光线由高密度介质进入低密度介质。在夏季，太阳辐射强，路面比热容小，吸热多，升温快，路面辐射导致近地面温度高，空气密度小，从而出现该现象。此时高速公路上气温垂直分布特点是下热上冷，垂直差异明显。（2）沙漠中下蜃景的形成过程与高速公路上的类似，沙漠地区晴天多，夏季太阳辐射强，沙子的比热容小，吸收太阳辐射迅速增温，沙漠近地面空气温度较高；近地面空气受热膨胀，密度变小，而上层空气温度较低，密度相对较大；光线自上而下由密度较大的空气进入到密度小的空气，入射角小于折射角；当折射角随密度差异增大而增大到一定程度，发生全反射而向上照射，在人们观察的视野中就出现下蜃景，从而出现了海市蜃楼现象。（3）海上海市蜃楼多为上蜃景，出现时往往入射角大于折射角，光线由低密度区进入高密度区。伴随着雾气，说明近海面温度低，空气密度大。所以雾气形成的原因是海上水汽蒸发旺盛，水汽含量丰富，海市蜃楼出现时海面温度低，空气密度大，近海面的空气温度低，水汽凝结形成小水滴；海上空气下冷上暖，大气稳定，风力小等。