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。

（4）請推測出可能會多次出現上蜃景的地點，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。

（4）高緯度地區雪面、冰面，較冷的洋面、河湖面。

【解析】

（1）根據材料，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。出現季節主要是夏季。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）根據大氣受熱過程原理，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，而上層空氣距地面較遠，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。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。

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

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