自然界中的物理现象

李晓杰?尹田田?王渺渺

[摘 要]自然界对人类来说是一个神秘的世界，充满各种秘密和未知。人类在发展进化的过程中，对自然界进行不断探索，一直追逐事实和真理的脚步。从上古神时期到如今的繁华世间，人类对大自然的挑战和认识从未间断。上古神话传说精卫填海，黄帝时期的夸父追日，都反映了中国古代先民了解自然、战胜自然的愿望。然而，在人类对自然界不断探索的进程中，发现了许多有趣的物理现象。

[关键词]自然界；物理现象；物理知识

一、自然界中黑色花非常稀少

自然界因其神秘而充满魅力，因其魅力而更加美丽。绿色的大地多彩的花朵点缀着每个角落。细心的你是否发现自然生长的黑色花非常稀少，这是为什么呢？

自然界不断进化，黑颜色的花不能引来昆虫受粉，不能繁殖，因而无法自然生存下来。在长期自然选择的情况下，导致自然界中黑色的花朵极其稀少，这就是达尔文生物进化论中提到的“物竞天择，适者生存”。那么黑色花为什么不能适应自然环境呢？科学家经过长期观察和研究，终于发现了其中的奥秘。太阳光是由红橙黄绿青蓝紫7种颜色光组成，七色光的波长不同频率也不一样，因而其具有的能量也不同，频率越大能量就越高。花的组织尤其是花瓣，一般都较柔嫩，容易受高温伤害。自然界的红、橙、黄色花较多，这是因为花反射阳光中能量较高的红、橙、黄三种颜色，不会引起灼伤，具有自我保护的作用。而黑色花能吸收全部的光，在阳光下升温快，花的组织很容易受到伤害。所以经过长期的自然选择，黑色花的品种便所剩无几了。

二、海市蜃楼

神奇的自然界总会产生一些奇妙的现象，海市蜃楼便是其中的一种。海市蜃楼是由于光的折射和全反射而形成的一种光学幻景，简称蜃景，是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像。蜃景与地理位置、地球物理条件以及特定时间的气象特点有密切联系。气温的反常分布是大多数蜃景形成的气象条件。

夏季沙漠中烈日当头，因沙土的比热小，温度上升极快，导致沙土附近的下层空气温度上升的很高，而上层空气的温度仍然很低，这样就形成了气温的反常分布。接近沙土的下层热空气密度小而上层冷空气的密度大，这样空气的折射率下层小而上层大。当远处较高物体反射出来的光，从上层折射率较大的空气进入下层折射率较小的空气时被不断折射，其入射角逐渐增大，增大到等于临界角时发生全反射，这时，要是逆着反射光线看去，就会看到蜃景。

三、“白雾”的形成

随着科学技术的发展，人类对自然界的认识越来越深。寒冬的早上，河水上方的空气中弥漫着层层“白雾”，仿佛人间仙境；然而夏季的早上却不容易出现这种“仙境”，这是为什么呢？

任何温度（绝对温度达不到）下水都存在蒸发现象。寒冷的冬季，昼夜温差大，早上气温比较低，蒸发的水蒸气遇到较冷的空气就会液化成小水珠，漂浮在水面上空，形成“白雾”。太阳出来后温度升高，空气中的小水珠重新汽化成水蒸气，“白雾”现象消失。夏季昼夜温差小，早上的气温也比较高，蒸发到空气中的水蒸气无法液化成小水珠，因此水面上空不容易出现“白雾”。

四、 不同形态的云

“蓝蓝的天空白云飘，白云下面马儿跑”，一首脍炙人口的歌曲萦绕在耳旁。音乐是美妙的，大自然是神奇的，晴天白云，阴天乌云。不论白云还是乌云，每时每刻都有不同的形态，这些不同颜色不同形态的云是怎样产生的呢？

云是由许多水蒸气分子凝聚成小水珠组成的集合體。当晴天时，如果空气中没有任何杂质，水蒸气分子就无从依附。一般情况下，水蒸气分子之间相互吸引的能力很小，彼此碰撞后又分开。即使它们聚合起来形成细小的水滴，但是其形成的小水滴很微小，因而迅速被蒸发掉。不含粉尘颗粒的小水珠反射太阳光，反射光线进入人眼时就会看到白色的云。然而在阴雨天气，降雨需要满足一定条件：云层中的小水珠达到饱和水气压同时必须含有大量的凝结核（黑色尘埃）。含有大量黑色尘埃的云层，就像是一个“黑体”，将照射在上面的太阳光全部吸收，因而看到黑色的云。在一定的水气压和大气运动的条件下，就会演变和转化成不同形态的云。

五、 彩虹的形成

彩虹是一种雨后常见的景象，人们经常见到的彩虹，是由于雨滴或雾滴对太阳光折射和反射而产生的一道七色的光谱，从物理角度来说，它是一种光学现象。当空气中集聚大量水蒸气时，阳光照在水蒸气中的小水滴上会折射出七彩的色带。通常彩虹多出现在雨后，这是因为雨后空气中的水蒸气非常多，此时阳光在水蒸气中发生折射和反射，就容易出现彩虹。彩虹一般分为2种：一种内侧是红色而外侧是紫色，俗称“虹”；另外一种彩虹被称作“霓”，内侧为紫色而外侧为红色。霓和虹都是阳光经小水珠折射和反射的综合效果。光线被水珠折射两次反射一次形成虹；折射两次反射两次就会呈现霓。由于“霓”比“虹”反射多一次，光线的强度较弱，所以并不常见。

六、 结语

自然界的许多现象都可以用物理学知识来解释，在学习物理知识的同时应加强与自然现象的联系，养成善于发现善于思考的习惯，培养自己的发散思维和创新意识，让物理知识走进自然，将自然带入物理课堂。

参考文献：

[1]陈连友，张宝贵，陈小雷等.出现海市蜃楼的天气特征分析[J].气象，2008，11（34）：84-88.

[2]周燕.海市蜃楼的光学原理[J].中学物理教学参考，2014，12（43）：44-45.

[3]葛新才.虹的光学原理[J].中学物理教学参考，2000，11（29）：57-58.

[4]吕晓阳.霓虹形成的光学原理[J].广西物理，2001，1 （22）：37-39.

作者简介：李晓杰（1987-10—），男，汉族，齐鲁理工学院助教，毕业学校：曲阜师范大学硕士研究生，研究方向：凝聚态物理。

尹田田（1989-8—），女，汉族，齐鲁理工学院助教，毕业学校：哈尔滨工业大学硕士研究生，研究方向：光学设计。

王渺渺（1987-1-），女，汉族，齐鲁理工学院讲师，毕业学校：山东农业大学硕士研究生，研究方向：外语教学。endprint