几种人造蜃景的实验尝试

王天健

【摘 要】海市蜃楼常在海上、沙漠中产生，海市蜃楼是光线在延直线方向密度不同的气层中，经过折射造成的结果。海市蜃楼的种类很多：根据它出现的位置相对于原物的方位，可以分为上蜃、下蜃。真正的海市蜃楼只出现在海边和沙漠地带，就是在海边和沙漠地带也不是经常能够看到海市蜃楼的。笔者对于海市蜃楼特别的好奇，想试试人造蜃景。根据海市蜃楼形成的条件，通过反复的实验使蜃景可以在室内出现。

【关键词】人造蜃景 实验 尝试

我们知道在海边看到的海市蜃楼都是上蜃景，这是因为海面的气温比上空低，下层的空气的密度比上层大，空气的折射率由下而上逐渐减小，这种下密上疏的空气造成的蜃景叫做“上蜃景”，看到的现象是远方的景物正立地悬在空中。而在沙漠上，贴近地面的温度较高，密度比较小，上空的空气温度逐渐低些，密度逐渐增大，则空气的折射率也由下而上逐渐增大。这种由下疏上密的空气对光的折射造成的蜃景叫做“下蜃景”，看到的是远方景物倒立的像，好象是水面反射出来一样。下蜃景还有一种出现的情况，就是景物反射的光线经过水蒸气时发生全反射，而形成海市蜃楼现象。

从蜃景的形成我们知道，要使蜃景出现，关键是要制造出密度（或折射率）逐渐变化的光的介质，或使光线经过一种介质后发生全反射。

1 用液体代替空气进行实验。

器材：玻璃水槽一个（30cm×20cm×20cm），适量的清水和食盐，垫块（用书或者木块），观察物体（鲜艳的小花或者小玩具），与玻璃水槽横截面大小相同的薄膜或者海绵。

1.1 “上蜃景”的实验

在玻璃水槽下垫上垫块，使没有放玻璃水槽时人的眼睛看不到景物。先在玻璃水槽中盛上五分之二的过饱和盐水，在盐水上面盖上薄膜纸，薄膜纸上再倒五分之二的清水，然后从玻璃缸的一头轻轻地将薄膜纸拉出来，但动作一定要轻慢，不能搅动下面的盐水。让其静止几分钟后，盐水向上面扩散，水的浓度就会形成由下向上逐渐减小的不均匀分布。

还可以这样做，如果能够找到一块与玻璃水槽大小相同的海绵，在装好盐水之后，把海绵放在盐水上面，把清水逐渐倒在海绵上面，把海绵慢慢向上提起，也是动作要轻慢，不能搅动下面的盐水。

将一个物体（一朵小花）放到玻璃缸的右边，人到玻璃缸的左边进行观察，如图1所示。放上玻璃缸后调整观察的位置和角度，只要位置和视角恰当就可以看到不在视角范围内物体的像，像是正立的，这就是海市蜃楼的“上蜃景”现象。如果将物体向右移，距离玻璃缸越远，会看到物体的像也就越远越高。若不晃动玻璃缸，这种现象可以持续在半小时内看到。

“上蜃景”形成的原理是，由于浓盐水向上扩散，下面的盐水密度较大，上面的盐水的密度较小，形成由下向上密度逐渐减小的梯度层，于是，小花反射的光线在传播时从光密介质进入光疏介质，会向上折射。人眼总是以为光线沿直线传播，于是形成上蜃景的虚像。

1.2 “下蜃景”的实验

用与前面相同的长方形玻璃缸，先在其中盛五分之二的清水，在清水上面盖上薄膜纸，薄膜纸上再倒五分之二的过饱和盐水，然后从玻璃缸的一头轻轻地将薄膜纸拉出来。这里只是盐水向下扩散较快，稍一静止就要进行观察，观察方法也与前面相同，如图2所示。只是这时观察到的是一个倒立的像，这就是海市蜃楼的“下蜃景”现象，其像的持续时间一般在十分钟左右。

“下蜃景”形成上蜃景的原理是，由于浓盐水向下扩散，上面的盐水密度较大，下面的盐水的密度较小，形成由上向下密度逐渐减小的梯度层，于是，小花反射的光线在传播时从光疏介质进入光密介质，会向下折射。人眼总是以为光线沿直线传播，于是形成下蜃景的虚像。

同样在装好清水之后，把海绵放在清水上面，把盐水逐渐倒在海绵上面，把海绵慢慢向上提起，也是动作要轻慢，不能搅动下面的清水。观察下蜃景还有一种更简单的方法，就是在玻璃缸内装上清水，只要水静止了，和前面的观察方法相同，如图3所示，就可以观察到倒立的像。这种方法非常简单，观察到的效果也很好，并且可以不限时间地观察。这种现象是光在水中发生全反射产生的。

如果想要实验效果更好，有下面几种改进的方法：①折射液体可以用酒精和汽油代替水和盐水，特别是观察“下蜃景时，下面用酒精，上面用汽油，只是价格较高也不很安全；②用强光照射景物，使其反射的光线增强，或将一个半透明的画面装在灯笼上，里面点上一个较大的灯泡，把其它地方遮住，只突出画面对着玻璃缸；③将房间的窗子用窗帘遮住把电灯拉熄或到暗室中进行实验。

这个实验的特点是，器材容易找，安装也很简单，容易观察，效果也很好。

2 人造热空气

器材：一个平底铁锅或者金属盆，细砂若干，加热火炉，用硬纸做一两个房屋和树木。

把房间的门窗关上，使室内的空气稳定下来。在铁锅或者金属盆的底面铺上一层细沙，当作人造沙漠，再在靠近铁锅或者金属盆的细沙上，放一些硬纸做的房屋和树木。把铁锅或者金属盆放在火炉子上慢慢加热，待铁锅或者金属盆里的细沙发烫时，可沿着盆沿仔细观察。

会看到在对面的盆沿上，有倒悬着的房屋和树木的幻影。

这个实验效果不是很好，影像难以观察到，也不是很稳定。不像在沙漠里，沙漠的面积很大遍地都是沙，在烈日的照射下，大面积的沙变热并散发着热量，于是阳近地面的空气变得越来越热，也越来越稀薄，但是离地面稍高的空气仍然比较冷，比较稠密。这时从极远地方的寺院和树木反射的光线，在经过冷热空气层时，会发生折射，以致进入人们的眼帘的寺院和树木都是倒置的，好象是映在湖水里的倒影。同时，贴近地面的热空气在不停地浮动，就好象是波光粼粼的湖水。

参考文献：

[1]黄富忠.“海市蜃楼”与“空中楼阁”.百阁之光语文工作室，2012-2-3.

[2]张逐生，张学克.海市蜃楼的人工再现.物理教学探讨，2004年4期.