海市蜃楼形成的理论分析与实验模拟再现

分别根据费马原理和光学拉格朗日方程进行了理论推导,得到了自然界里出现的上现蜃景海市蜃楼现象,光线在大气中传输的轨迹方程.两种方法得到的方程所描绘的都是一系列向上凸的曲线,以利用分层折射率的分析方法得到的曲线相似,解释了上现蜃景海市蜃楼的形成原因.利用浓液法对海市蜃楼中的上现蜃景进行了实验模拟再现.实验过程中采用了"纱网框上浮法"注入清水,成功配制了折射率随高度均匀梯度变化的NaCl水溶液,穿过浓液的激光光路和理论轨迹方程曲线相似,观察到了实景物清晰稳定的上现蜃景像.     

创新性模拟海市蜃楼现象

利用定影粉配制成浓度连续变化的溶液,来模拟大气中密度连续变化的空气,实验获得了良好的海市蜃楼"上现蜃景"效果;另外,用不同浓度的蔗糖溶液配制成的梯度溶液,实现了"两个上现蜃景"的效果。通过对这两种体系的成像效果的研究,加深了对海市蜃楼这一神秘自然景观的认识和理解。     

对《我猜想所谓马路蜃景是镜面反射》的补遗

笔者在《物理通报》2003年第12期发表的题为《我猜想所谓马路蜃景是镜面反射》一文，对长期以来流传的“马路蜃景”一说提出质疑．文中提出了四点理由，说明所见到的现象与产生蜃景的条件不符，其中包括：不只在夏季，就是在冬季也能看到所谓的马路蜃景；不只在静风的天气，就是在有风、     

非线性变折射率大气中的海市蜃楼

讨论了一种非线性变折射率大气中的海市蜃楼,利用变分法导出了形成蜃景的条件及物点与观察者之间距离的计算式.     

模拟海市蜃楼

本文是以极简单的实验设备,用人工的方法模拟海市蜃楼;对蜃景进行了拍照;应用激光蜃景的简单模型,对一个点光源的蜃景与成象介质折射率的分布关系进行了实验研究。并对这一物理现象作了实验的分析与说明。实验原理与装置光通过介质时,因其折射率的不同,会产生不同的偏折。筷子在水碗中折起;水下之物看起来浮浅。这些常见的现象与神奇的海市蜃楼现象在物理成因方面,并没有本质上的区别。它们都是由于介质对光的折射关系,使人眼产生错觉,物体的象在人们的视觉中形成了空间的偏移。     

密度不同的水平气层不会因全反射造成正立的蜃景

现行普高和职高的物理教科书中均有海市蜃楼的阅读内容，描述了海面上和沙漠中造成蜃景的原因并提供了相应的图示．让人疑惑的是两者主要都是由密度不同的水平气层因光的全反射引起，区别仅在前者是下层密度大，上层密度小，而后者则反之．但蜃景与景物之间的关系则不一样，前者保持方向上的一致——蜃景正立，     

近藤共振电子结构的蜃影

海市蜃楼现象源于光在非均匀媒质内部被连续不断地折射 .如果地面上方的空气密度随高度的增加而减小 ,并形成稳定的分布 ,那么原本位于前方的景物看起来会上移 ,形成“空中楼阁” ,即所谓“上蜃” .蜃景的形成完全可以从光的经典波动性质得到解释 .不仅光 ,声波也可能聚焦投影成像 .一个人在天坛回音壁内的某个位置击掌 ,另一个人所听到的信号将依赖于他所处的位置 :可能听到一声 ,两声 ,甚至三声 ;也可能什么都听不到 .这里的机制比海市蜃楼的形成要复杂一些 ,不仅要考虑回音壁对声波的反射 ,而且需要计算从回音壁不同位置反射的分波的相干…     

海市蜃楼现象的模拟与研究

利用食盐和蔗糖溶液,分别构建了两种不同的体系来模拟海市蜃楼现象,均实现了良好的上现蜃景。同时对两种体系在实验过程中出现的各种现象和成像效果做了比较,从物理实验的角度形象地加深了对海市蜃楼这一神秘自然景观的认识和理解。     

利用自制教具构建光的折射模型

综合初中物理教材中“光的折射”设计理念,自制了实验装置.通过该实验装置可以开展折射规律、趣味捕鱼、虚像位置真实呈现、全反射、生活中折射现象扩展解释、海市蜃楼模拟等实验,并能够体现视觉表征学习方法,变抽象为形象,从而培养学生的建模能力.     

我猜想所谓马路蜃景是镜面反射

还是念初中的时候,第一次从物理课上知道了海市蜃景,说海市蜃景发生在沙漠中,或海上,并说有时也发生在夏天赤日炎炎的马路上.几十年过去了,海上的海市蜃景我虽然没有亲眼见到,但是传媒上报道过的有山东蓬莱以及辽宁大连等已不止一次,有的还在电视上见过画面.然而,发生在沙漠中的却很少听说.     

从量子力学层面上认识,到大学物理层面上理解顺磁性和抗磁性

大学物理教科书中对物质磁性——顺磁性和抗磁性的机理描述不自洽.顺磁性用原子磁矩沿磁场方向的"倾倒"来解释,抗磁性用电子磁矩的"旋进"来解释.同样都是磁矩,为什么却有不同的行为呢?显然不能令人信服.本文将从量子力学角度给出两种磁性的来源,从中可以看出,顺磁和抗磁在量子力学的哈密顿量中正好是磁相互作用的展开项中的两项,这两项可以同时存在,也可以只有抗磁性,这取决于原子壳层的电子分布.在保持与量子力学一致的情况下,如何在大学物理层面上理解顺磁性和抗磁性?     

探照灯光斑移动现象的再讨论

指出用传统的"平行线"模型和光速有限来解释光斑移动现象,当将情况推广到极限时,会出现一些局限,并提出了一种新的与实际情况更符合的"同心圆"模型,由此可以解释光斑移动现象.     

狭义相对论中的重力及"潜水艇佯谬"

在狭义相对论范畴内,如果考虑地球周围较小区域内的动力学问题,可以用均匀质量密度的无限大平面产生的重力场替代地球的史瓦西场,从而得到较为简单的重力表达式.在此基础上可以很方便地解释所谓的"潜水艇佯谬".     

力学问题和光学问题的关联:由悬链线和海市蜃楼说起

首先简要介绍了悬链线和海市蜃楼问题的数学模型和传统解法,随后讨论了如何利用折射定律求解悬链线方程和利用拉氏量来描述海市蜃楼的形成.在分析二者之间的数学模型相关联的基础上,重新强调了在大学物理教学中重视哈密顿原理与费马原理之间密切联系的必要性.     

飞秒激光微纳3D打印新进展——首次实现微尺度光波段3D Luneburg透镜

正梯度折射率光学(gradient-index optics)是光学领域近年来蓬勃发展的研究分支之一,其研究的对象是非均匀折射率介质中的光学现象[1]。发生于非均匀介质中的光学现象在自然界是一种普遍存在的客观物理现象。早在公元100年,人们就己观察到"海市蜃楼"、"沙漠神泉"等奇景,都是由于大气层折射率的局部不均匀变化对地面景色产生折射而出现的一种奇观。通过对这些自然现象的观察、研究,人们逐渐领悟到材料折射率的非均匀性可以导     

离子扩散演示仪

利用激光在梯度溶液中弯曲传播的性质,制作了离子扩散演示仪.在该仪器中配制梯度溶液,可观察激光在梯度溶液中的曲线传播,演示海市蜃楼现象,揭示光的折射率与溶液浓度之间的关系.通过梯度溶液上表面位置的变化,可以定量反映溶液中离子扩散的快慢,定量测量离子的扩散系数.     

梯度折射率介质下的光路计算与成像研究

使用激光照射具有梯度折射率的介质将形成海市蜃楼现象的光路轨迹"可视化"。主要研究了不同波长的激光在线性和非线性梯度折射率介质中的光路轨迹和成像情况。基于几何光学原理推导了光路方程并使用Matlab光线追迹算法计算了线性和非线性情况下的成像。实验上,通过自制仪器配置有折射率梯度的溶液并观察光路轨迹以及拍摄实物成像。实验拍摄的光路轨迹与理论推导基本一致,为海市蜃楼等现象的演示以及成像问题的研究提供了新的参考。     

气泡室中"胚胎"气泡的联并成长为可见气泡的理论计算

借助岛的联并理论,可以很好地解决气泡室中"胚胎"气泡成长为可见气泡问题.理论计算表明,联并后的大"胚胎"气泡在成长为可见气泡的过程中,气泡的半径不仅与工作物质如液体的表面张力系数、饱和蒸汽压和流体的沸点有关,而且还与"胚胎 "气泡从其周围吸收热量和"胚胎"气泡联并的个数有关.理论上可以合理解释能量相同的中子和质子入射到气泡室所产生的径迹粗短;也可以合理解释电荷数较多的入射粒子较能量相同但电荷数不同的入射粒子,其在气泡室中径迹上气泡的半径要大.     

虹的几何光学原理

以反射、折射、色散、笛卡儿光线、最小偏向角、对日点等基本概念为基础,解释了"雨后复斜阳,彩虹舞当空"的成因,初步阐明了虹可以观测的基本外显特点的物理机制.并强调,对虹现象的理论解释,也随物理学的发展而日益完善.     

小缺陷铁纳米环的磁特性

用蒙特卡罗方法与快速傅里叶变换微磁学相结合的方法模拟小缺陷铁纳米环的磁化动力学.研究发现小缺陷铁纳米环的磁滞回线出现"双稳态"特征,与实验结果一致.能量研究表明：涡旋态出现的区间为能量局域极小区间.缺陷系统的剩磁随着缺陷位置的变化而变化：剩磁随着Y值的增加先增大后减小,并在中间区域保持相对稳定.系统的自旋组态可以解释上述现象.