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一个小实验带你在家看见“海市蜃楼”

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各位家长有没有带娃刷到过蓬莱海市蜃楼的视频?孩子好奇地问“这是真的吗?”“为什么会凭空出现?”

今天这篇文,不仅帮你给孩子讲明白海市蜃楼的科学原理,还附1个在家就能做的简易小实验,材料常见、步骤简单,既能满足孩子的好奇心,又能悄悄培养科学思维,再也不用怕孩子追问“十万个为什么”~

实验材料


实验步骤

步骤1

向透明水槽中加入清水和食盐,等待食盐在水中完全溶解。这个过程中可以用搅拌棒进行搅拌,加速食盐均匀溶解。


步骤2

在溶解好的盐水表面铺上一层塑料布,确保塑料布完全覆盖水面,随后沿着塑料布边缘缓慢倒入清水,避免两层水提前混合。


步骤3

小心地将塑料布从水槽中抽出,此时能清晰看到盐水与清水之间形成一条明显的分界线,随着盐水和清水逐步混合均匀,这条分界线会逐渐模糊。


步骤4

用激光笔照射两层水的交界处,此时可以直观地观察到,原本沿直线传播的激光发生了明显的弯折。


步骤5

保持激光笔照射两层水的交界处,观察光线弯折现象,同时将橡皮鸭置于水槽后方。此时会看到两个特殊的影像:一是清水水面形成的橡皮鸭倒像,这是光的镜面反射产生的效果;二是在橡皮鸭的正上方,凭空出现了另一只正立的橡皮鸭虚像。这个“凭空”出现的虚像,正是对蓬莱海市蜃楼奇观形成原理的直观模拟。


实验原理

由于盐水的密度大于清水,当两者在水槽中分层时,水的密度会随着高度的增加而逐渐减小。与之对应的是,水对光的折射率也会随高度升高而减小,最终在水槽内形成具有折射率梯度的介质层。

橡皮鸭反射的光线进入这一介质层后,传播路径会逐渐向下弯曲。当光线的入射角达到临界值时,光线就会在介质层内发生全反射;经过全反射的光线改变传播方向,再次折射进入人眼。这样,我们就看到了一个位于实物上方的正立虚像,即“海市蜃楼”。

再看蓬莱的自然环境:作为临海城市,海水的比热容大于陆地,夏季海面空气较冷,密度较高,上层空气较暖,密度较低,在空气中形成了一个与实验类似的下密上疏的折射率梯度层。当远方景物的光线在此气层中发生类似的折射与全反射,便形成了游客们津津乐道的海市蜃楼奇观。

海市蜃楼是光“玩”的折射把戏,下次再遇海上“仙山”,你或许会笑着想起:原来这奇观,早被我们在小水槽里演过一遍啦。

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责任编辑|赵青云 李雅欣

运营编辑|李雅欣

质量审核 | 原飞燕

图文来源 | 《知识就是力量》杂志《自制“海市蜃楼”》,撰文/刘楚薇(国家卫星气象中心〔国家空间天气监测预警中心〕),原文有删改,原创作品转载请注明来源。

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