海市蜃楼的秘密

5　海市蜃楼的秘密——光的折射

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中国古代常记载蓬莱仙山一说，古人归因于蛟龙之属的蜃，吐气而成楼台城廓。其实就是在山东蓬莱海面上常出现高大楼台、庙宇、城廓、树木等幻景，这个场景现在人们知道叫作海市蜃楼，它是光线在沿直方向密度不同的气层中，经过折射造成的结果。常分为上现、下现和侧现海市蜃楼。

海市蜃楼，又称蜃景

自古以来，蜃景就为世人所关注，在西方神话中，蜃景被描绘成魔鬼的化身，是死亡和不幸的凶兆。我国古代则把蜃景看成是仙境，秦始皇、汉武帝曾率人前往蓬莱寻访仙境，还多次派人去蓬莱寻求灵丹妙药。现代科学已经对大多数蜃景作出了正确解释，认为蜃景是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像，所谓蜃景就是光学幻景。蜃景与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。气温的反常分布是大多数蜃景形成的气象条件。海市蜃楼通常有两个特点：一是在同一地点重复出现，比如美国的阿拉斯加上空经常会出现蜃景；二是出现的时间一致，比如我国蓬莱的蜃景大多出现在每年的五六月份，俄罗斯齐姆连斯克附近蜃景往往是在春天出现，而美国阿拉斯加的蜃景一般是在6月20日以后的20天内出现。

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无处不在的折射现象

生活中其实经常都出现光的折射现象，只是我们不太注意，比如在炎热夏天的柏油马路上，贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，比上层穿空气的折射率小，从远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去，路面显得格外的明亮光滑，就像用水淋过一样；夏天走过马路，由于热汽的原因，发现马路对面的人和建筑出现歪歪扭扭的晃动；雨天过后，出现的彩虹；当你用一根直杆倾斜地插入水中时，可以看到杆在水下部分与它露在水上的部分好像折断的一般等等。长岛是中国海市蜃楼出现最频繁的地域，特别是七八月间的雨后。

海市蜃楼是光的折射，那么光的折射的定义是什么呢？光的折射就是指光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫光的折射。光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光则进入到另一种介质中。由于光在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。

光的折射用现代的物理学解释，就是：光是一种电磁波，在传播过程中有两个垂直于传播方向的分量：电场分量和磁场分量，当电场分量与传播过程中的每一个原子发生作用，引起电子极化，即造成电子云和原子荷重心发生相对位移，其结果是一部分能量被吸收，同时光的速度被增大，方向发生变化，导致折射的发生。反射和折射不能用粒子性解释，应用经典粒子理论得到的折射速度不对。光的反射是指光传播到不同物质时，在分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象。折射和反射方向都能探测到光子。

光的折射现象

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光的反射与折射

在两种介质的交界处，既发生折射，同时也发生反射。反射光的光速与入射光相同，折射光光速与入射光不同。光的反射有一个定律，即：在反射现象中，反射光线、入射光线和法线都在同一个平面内，反射光线、入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。这就是光的反射定律，简称为三线共面，两线分居，两角相等。在反射现象中，光路是可逆的光的反射。同时还有一些定义，入射点：入射光线与镜面的交点；法线：过入射点且垂直于镜面的直线叫作法线；入射角：入射光线与法线的夹角叫作入射角；反射角：反射光线与法线的夹角叫作反射角。