自然界中的物理現(xiàn)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(fā)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(zhàn)和認(rèn)識從未間斷。上古神話傳說精衛(wèi)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(zhàn)勝自然的愿望。然而，在人類對自然界不斷探索的進程中，發(fā)現(xiàn)了許多有趣的物理現(xiàn)象。

[關(guān)鍵詞]自然界；物理現(xiàn)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(xì)心的你是否發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致自然界中黑色的花朵極其稀少，這就是達(dá)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(yīng)自然環(huán)境呢？科學(xué)家經(jīng)過長期觀察和研究，終于發(fā)現(xiàn)了其中的奧秘。太陽光是由紅橙黃綠青藍(lán)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?；ǖ慕M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(jīng)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(chǎn)生一些奇妙的現(xiàn)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(xué)幻景，簡稱蜃景，是地球上物體反射的光經(jīng)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(lián)系。氣溫的反常分布是大多數(shù)蜃景形成的氣象條件。

夏季沙漠中烈日當(dāng)頭，因沙土的比熱小，溫度上升極快，導(dǎo)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(dāng)遠(yuǎn)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(fā)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對自然界的認(rèn)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(xiàn)這種“仙境”，這是為什么呢？

任何溫度（絕對溫度達(dá)不到）下水都存在蒸發(fā)現(xiàn)象。寒冷的冬季，晝夜溫差大，早上氣溫比較低，蒸發(fā)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(xiàn)象消失。夏季晝夜溫差小，早上的氣溫也比較高，蒸發(fā)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(xiàn)“白霧”。

四、 不同形態(tài)的云

“藍(lán)藍(lán)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(tài)，這些不同顏色不同形態(tài)的云是怎樣產(chǎn)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(dāng)晴天時，如果空氣中沒有任何雜質(zhì)，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(xì)小的水滴，但是其形成的小水滴很微小，因而迅速被蒸發(fā)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(dá)到飽和水氣壓同時必須含有大量的凝結(jié)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(zhuǎn)化成不同形態(tài)的云。

五、 彩虹的形成

彩虹是一種雨后常見的景象，人們經(jīng)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(chǎn)生的一道七色的光譜，從物理角度來說，它是一種光學(xué)現(xiàn)象。當(dāng)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(xiàn)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(fā)生折射和反射，就容易出現(xiàn)彩虹。彩虹一般分為2種：一種內(nèi)側(cè)是紅色而外側(cè)是紫色，俗稱“虹”；另外一種彩虹被稱作“霓”，內(nèi)側(cè)為紫色而外側(cè)為紅色。霓和虹都是陽光經(jīng)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(xiàn)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(jié)語

自然界的許多現(xiàn)象都可以用物理學(xué)知識來解釋，在學(xué)習(xí)物理知識的同時應(yīng)加強與自然現(xiàn)象的聯(lián)系，養(yǎng)成善于發(fā)現(xiàn)善于思考的習(xí)慣，培養(yǎng)自己的發(fā)散思維和創(chuàng)新意識，讓物理知識走進自然，將自然帶入物理課堂。

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作者簡介：李曉杰（1987-10—），男，漢族，齊魯理工學(xué)院助教，畢業(yè)學(xué)校：曲阜師范大學(xué)碩士研究生，研究方向：凝聚態(tài)物理。

尹田田（1989-8—），女，漢族，齊魯理工學(xué)院助教，畢業(yè)學(xué)校：哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向：光學(xué)設(shè)計。

王渺渺（1987-1-），女，漢族，齊魯理工學(xué)院講師，畢業(yè)學(xué)校：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向：外語教學(xué)。endprint