自然界中的物理現象

李曉杰?尹田田?王渺渺

[摘 要]自然界對人類來說是一個神秘的世界，充滿各種秘密和未知。人類在發展進化的過程中，對自然界進行不斷探索，一直追逐事實和真理的腳步。從上古神時期到如今的繁華世間，人類對大自然的挑戰和認識從未間斷。上古神話傳說精衛填海，黃帝時期的夸父追日，都反映了中國古代先民了解自然、戰勝自然的愿望。然而，在人類對自然界不斷探索的進程中，發現了許多有趣的物理現象。

[關鍵詞]自然界；物理現象；物理知識

一、自然界中黑色花非常稀少

自然界因其神秘而充滿魅力，因其魅力而更加美麗。綠色的大地多彩的花朵點綴著每個角落。細心的你是否發現自然生長的黑色花非常稀少，這是為什么呢？

自然界不斷進化，黑顏色的花不能引來昆蟲受粉，不能繁殖，因而無法自然生存下來。在長期自然選擇的情況下，導致自然界中黑色的花朵極其稀少，這就是達爾文生物進化論中提到的“物競天擇，適者生存”。那么黑色花為什么不能適應自然環境呢？科學家經過長期觀察和研究，終于發現了其中的奧秘。太陽光是由紅橙黃綠青藍紫7種顏色光組成，七色光的波長不同頻率也不一樣，因而其具有的能量也不同，頻率越大能量就越高。花的組織尤其是花瓣，一般都較柔嫩，容易受高溫傷害。自然界的紅、橙、黃色花較多，這是因為花反射陽光中能量較高的紅、橙、黃三種顏色，不會引起灼傷，具有自我保護的作用。而黑色花能吸收全部的光，在陽光下升溫快，花的組織很容易受到傷害。所以經過長期的自然選擇，黑色花的品種便所剩無幾了。

二、海市蜃樓

神奇的自然界總會產生一些奇妙的現象，海市蜃樓便是其中的一種。海市蜃樓是由于光的折射和全反射而形成的一種光學幻景，簡稱蜃景，是地球上物體反射的光經大氣折射而形成的虛像。蜃景與地理位置、地球物理條件以及特定時間的氣象特點有密切聯系。氣溫的反常分布是大多數蜃景形成的氣象條件。

夏季沙漠中烈日當頭，因沙土的比熱小，溫度上升極快，導致沙土附近的下層空氣溫度上升的很高，而上層空氣的溫度仍然很低，這樣就形成了氣溫的反常分布。接近沙土的下層熱空氣密度小而上層冷空氣的密度大，這樣空氣的折射率下層小而上層大。當遠處較高物體反射出來的光，從上層折射率較大的空氣進入下層折射率較小的空氣時被不斷折射，其入射角逐漸增大，增大到等于臨界角時發生全反射，這時，要是逆著反射光線看去，就會看到蜃景。

三、“白霧”的形成

隨著科學技術的發展，人類對自然界的認識越來越深。寒冬的早上，河水上方的空氣中彌漫著層層“白霧”，仿佛人間仙境；然而夏季的早上卻不容易出現這種“仙境”，這是為什么呢？

任何溫度（絕對溫度達不到）下水都存在蒸發現象。寒冷的冬季，晝夜溫差大，早上氣溫比較低，蒸發的水蒸氣遇到較冷的空氣就會液化成小水珠，漂浮在水面上空，形成“白霧”。太陽出來后溫度升高，空氣中的小水珠重新汽化成水蒸氣，“白霧”現象消失。夏季晝夜溫差小，早上的氣溫也比較高，蒸發到空氣中的水蒸氣無法液化成小水珠，因此水面上空不容易出現“白霧”。

四、 不同形態的云

“藍藍的天空白云飄，白云下面馬兒跑”，一首膾炙人口的歌曲縈繞在耳旁。音樂是美妙的，大自然是神奇的，晴天白云，陰天烏云。不論白云還是烏云，每時每刻都有不同的形態，這些不同顏色不同形態的云是怎樣產生的呢？

云是由許多水蒸氣分子凝聚成小水珠組成的集合體。當晴天時，如果空氣中沒有任何雜質，水蒸氣分子就無從依附。一般情況下，水蒸氣分子之間相互吸引的能力很小，彼此碰撞后又分開。即使它們聚合起來形成細小的水滴，但是其形成的小水滴很微小，因而迅速被蒸發掉。不含粉塵顆粒的小水珠反射太陽光，反射光線進入人眼時就會看到白色的云。然而在陰雨天氣，降雨需要滿足一定條件：云層中的小水珠達到飽和水氣壓同時必須含有大量的凝結核（黑色塵埃）。含有大量黑色塵埃的云層，就像是一個“黑體”，將照射在上面的太陽光全部吸收，因而看到黑色的云。在一定的水氣壓和大氣運動的條件下，就會演變和轉化成不同形態的云。

五、 彩虹的形成

彩虹是一種雨后常見的景象，人們經常見到的彩虹，是由于雨滴或霧滴對太陽光折射和反射而產生的一道七色的光譜，從物理角度來說，它是一種光學現象。當空氣中集聚大量水蒸氣時，陽光照在水蒸氣中的小水滴上會折射出七彩的色帶。通常彩虹多出現在雨后，這是因為雨后空氣中的水蒸氣非常多，此時陽光在水蒸氣中發生折射和反射，就容易出現彩虹。彩虹一般分為2種：一種內側是紅色而外側是紫色，俗稱“虹”；另外一種彩虹被稱作“霓”，內側為紫色而外側為紅色。霓和虹都是陽光經小水珠折射和反射的綜合效果。光線被水珠折射兩次反射一次形成虹；折射兩次反射兩次就會呈現霓。由于“霓”比“虹”反射多一次，光線的強度較弱，所以并不常見。

六、 結語

自然界的許多現象都可以用物理學知識來解釋，在學習物理知識的同時應加強與自然現象的聯系，養成善于發現善于思考的習慣，培養自己的發散思維和創新意識，讓物理知識走進自然，將自然帶入物理課堂。

參考文獻：

[1]陳連友，張寶貴，陳小雷等.出現海市蜃樓的天氣特征分析[J].氣象，2008，11（34）：84-88.

[2]周燕.海市蜃樓的光學原理[J].中學物理教學參考，2014，12（43）：44-45.

[3]葛新才.虹的光學原理[J].中學物理教學參考，2000，11（29）：57-58.

[4]呂曉陽.霓虹形成的光學原理[J].廣西物理，2001，1 （22）：37-39.

作者簡介：李曉杰（1987-10—），男，漢族，齊魯理工學院助教，畢業學校：曲阜師范大學碩士研究生，研究方向：凝聚態物理。

尹田田（1989-8—），女，漢族，齊魯理工學院助教，畢業學校：哈爾濱工業大學碩士研究生，研究方向：光學設計。

王渺渺（1987-1-），女，漢族，齊魯理工學院講師，畢業學校：山東農業大學碩士研究生，研究方向：外語教學。endprint