海市蜃楼与沙漠幻景

海市蜃楼与沙漠幻景原理探讨

摘要：本文基于折射成像和全反射成像等光学原理详细介绍了海市蜃楼与沙漠幻景成像的原理，详细讨论了两种现象中成像的正立与倒立等不同的情况，并简要介绍了两种现象与气象的关系。

关键词：海市蜃楼；沙漠幻景；折射；全反射

平静的大海波光粼粼，海面上的天空突然浮现出一座繁华的街市，亭台楼阁，车马人物，栩栩如生。过了一会街市慢慢消散，天空中只留下几朵疏云，一片蔚蓝。一望无际的大漠里，矗立着几座沙丘，然而在远处的旅人眼中，这沙丘周围好像有一汪汪的清水倒映出沙丘的影子，走近一看，却发现其实沙丘脚下依然是平沙莽莽，根本没有水的踪迹。上面这两种神奇的光学现象就是我们日常所说的海市蜃楼和沙漠幻景。随着科学技术的发展，人们对于这两种现象有了深入的认识，本文将分别详细介绍这两种现象产生的原理。海市蜃楼

在正式介绍海市蜃楼产生的原理之前，我们需要先介绍后文中将要涉及到的两种成像机理：折射成像和全反射成像。

图1 图2 图3

首先，我们看最简单的折射成像光路图，假设水中有一点光源A，经水折射后成的像在A′点，如图1所示，也可以在另一个方向上取两条比较相近的光线作光路图得到图2，可见观察者从不同方向观察到的像实际位置略有不同，但像的位置总在物点的上方。为了说明像的正立还是倒立的问题，现取箭头AB作为光源，作从水中经折射后的光路图，如图3所示。A点发出的两束光经折射后成的像点在A′点，B点发出的两束光经折射成的像在B′点，由于人眼观察范围较小，故B点入射角应更小些才有可能被接收到，这样像A′ ′在物AB上方，且略微有些倾斜，但大致是正立的，所以我们平时总说折射成像是正立的。

图4 图5

然后，我们看最简单的全反射成像光路图。同样假设水中有一光源A，如图4所示，若取两条入射角较大的光线，在界面处发生了全反射，则在水中的鱼看到的A点的像A′在A点的上方，当然观察者站的位置与前面观察折射成像时站的位置肯定不同，从图1和图4中可以看出明显差异。同样为了说明像的正立与倒立情况，取箭头AB作为光源，经水面全反射后光路如图5，可见，AB经全反射成的像A′ ′在AB

海市蜃楼与沙漠幻景