小学二年级下册科学校本教材:《有趣的自然现象》 .doc
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1、1、海市蜃楼海市蜃楼是一种因光的折射而形成的自然现象。阅读提示:概述:海市蜃楼是一种因光的折射而形成的自然现象,也用这个词作为成语比喻虚无缥缈而不实际存在的事物。 沙漠中的海市蜃楼 大海中的海市蜃楼自然现象:平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方,偶尔会在空中或“地下”出现高大楼台、城廓、树木等幻景,称海市蜃楼。我国山东蓬莱海面上常出现这种幻景,古人归因于蛟龙之属的蜃,吐气而成楼台城廓,因而得名。蜃景不仅能在海上、沙漠中产生,柏油马路上偶尔也会看到。海市蜃楼是光线在铅直方向密度不同的气层中,经过折射造成的结果。蜃景的种类很多,根据它出现的位置相对于原物的方位,可以分为上蜃、下蜃和侧
2、蜃;根据它与原物的对称关系,可以分为正蜃、侧蜃、顺蜃和反蜃;根据颜色可以分为彩色蜃景和非彩色蜃景等等。蜃景有两个特点:一是在同一地点重复出现,比如美国的阿拉斯加上空经常会出现蜃景;二是出现的时间一致,比如我国蓬莱的蜃景大多出现在每年的5、6月份,俄罗斯齐姆连斯克附近蜃景往往是在春天出现,而美国阿拉斯加的蜃景一般是在6月20日以后的20天内出现。蜃景与地理位置、地球物理条件以及那些地方在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。就拿夏蜃的形成来说吧。夏季沙漠中烈日当头,沙土被晒得灼热,因沙土的比热小,温度上升极快,沙土附近的下层空气温度上升得很高,而上层空气的温度仍
3、然很低,这样就形成了气温的反常分布,由于热胀冷缩,接近沙土的下层热空气密度小而上层冷空气的密度大,这样空气的折射率是下层小而上层大。当远处较高物体反射出来的光,从上层较密空气进入下层较疏空气时被不断折射,其入射角逐渐增大,增大到等于临界角时发生全反射,这时,人要是逆着反射光线看去,就会看到下蜃。柏油马路因路面颜色深,夏天在灼热阳光下吸收能力强,同样会在路面上空形成上层的空气冷、密度大,而下层空气热、密度小的分布特征,所以也会形成下蜃。 夏季海市蜃楼 城市中的海市蜃楼发生在沙漠里的“海市蜃楼”,就是太阳光遇到了不同密度的空气而出现的折射现象。沙漠里,白天沙石受太阳炙烤,沙层表面的气温迅速升高。由
4、于空气传热性能差,在无风时,沙漠上空的垂直气温差异非常显著,下热上冷,上层空气密度高,下层空气密度低。当太阳光从密度高的空气层进入密度低的空气层时,光的速度发生了改变,经过光的折射,便将远处的绿洲呈现在人们眼前了。在海面或江面上,有时也会出现这种“海市蜃楼”的现象。海市蜃楼是一种光学幻景,是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像。 海市蜃楼简称蜃景,根据物理学原理,海市蜃楼是由于不同的空气层有不同的密度,而光在不同的密度的空气中又有着不同的折射率。也就是因海面上暖空气与高空中冷空气之间的密度不同,对光线折射而产生的。蜃景与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。气温
5、的反常分布是大多数蜃景形成的气象条件。形成原因:为什么会产生这种现象呢?要解答这个问题,得先从光的折射谈起。海市蜃楼示意图当光线在同一密度的均匀介质内进行的时候,光的速度不变,它以直线的方向前进,可是当光线倾斜地由这一介质进入另一密度不同的介质时,光的速度就会发生改变,进行的方向也发生曲折,这种现象叫做折射。当你用一根直杆倾斜地插入水中时,可以看到杆在水下部分与它露在水上的部分好象折断的一般,这就是光线折射所成的,有人曾利用装置,使光线从水里投射到水和空气的交界面上,就可以看到光线在这个交界面上分两部分:一部分反射到水里,一部分折射到空气中去。如果转动水中的那面镜子,使投向交界面的光线更倾斜一
6、些,那么光线在空气中的折射现象就会显得更厉害些。当投向交界面的光线如左下图所示的情况时,光线就全部反射到水里,再没有折射到空气中去的光线了。这样的现象叫做全反射。空气本身并不是一个均匀的介质,在一般情况下,它的密度是随高度的增大而递减的,高度越高,密度越小。当光线穿过不同高度的空气层时,总会引起一些折射,但这种折射现象在我们日常生活中已经习惯了,所以不觉得有什么异样。可是当空气温度在垂直变化的反常,并会导致与通常不同的折射和全反射,这就会产生海市蜃楼的现象。由于空气密度反常的具体情况不同,海市蜃楼出现的型式也不同。在夏季,白昼海水湿度比较低,特别是有冷水流经过的海面,水温更低,下层空气受水温更
7、低,下层空气受水温影响,较上层空气为冷,出现下冷上暖的反常现象(正常情况是下暖上凉,平均每升高100米,气温降低0.6 左右)。下层空气本来就因气压较高,密度较大,现在再加上气温又较上层为低,密度就显得特别大,因此空气层下密上稀的差别异常显著。假使在我们的东方地平线下有一艘轮船,一般情况下是看不到它的。如果由于这时空气下密上稀的差异太大了,来自船舶的光线先由密的气层逐渐折射进入稀的气层,并在上层发生全反射,又折回到下层密的气层中来;经过这样弯曲的线路,最后投入我们的眼中,我们就能看到它的像。由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的,因此我们所看到的轮船映像比实物是抬高了许多,所以叫做上现蜃景。
8、我国渤海中有个庙岛群岛,在夏季,白昼海水温度较低,空气密度会出现显著地下密上稀的差异,在渤海南岸的蓬莱县(古时又叫登州),常可看到庙岛群岛的幻影。宋朝时候的沈括,在他的名蓍梦溪笔谈里就有这样的记载:“登州海中时有云气,如宫室台观,城堞人物,车马冠盖,历历可睹。”这就是他在蓬莱所看到的上现蜃景。1933年月22日上午11点多钟,青岛前海(胶州湾外口)竹岔岛上也曾发现过上现蜃景,一时轰传全市,很多人前往观看。1975年在广东省附近的海面上,曾出现一次延续小时的上现蜃景。不但夏季在海面上可以看到上现蜃景,在江面有时也可看到,例如1934年月日在南通附近的江面上就出现过。那天酷日当空,天气特别热,午后
9、,突然发现长江上空映现出楼台城廓和树木房屋,全部蜃景长20多里。约半小时后,向东移动,突然消逝。后又出现三山,高耸入云,中间一山,很象香炉;又隔了半小时,才全部消失。在沙漠里,白天沙石被太阳晒得灼热,接近沙层的气温升高极快。由于空气不善于传热,所以在无风的时候,空气上下层间的热量交换极小,遂使下热上冷的气温垂直差异非常显著,并导致下层空气密度反而比上层小的反常现象。在这种情况下,如果前方有一棵树,它生长在比较湿润的一块地方,这时由树梢倾斜向下投射的光线,因为是由密度大的空气层进入密度小的空气层,会发生折射。折射光线到了贴近地面热而稀的空气层时,就发生全反射,光线又由近地面密度小的气层反射回到上
10、面较密的气层中来。这样,经过一条向下向下凹陷的弯曲光线,把树的影像送到人的眼中,就出现了一棵树的倒影。由于倒影位于实物的下面,所以又叫下现蜃景。这种倒影很容易给予人们以水边树影的幻觉,以为远处一定是一个湖。凡是曾在沙漠旅行过的人,大都有类似的经历。拍摄影片登上希夏邦马峰的一位摄影师,行走在一片广阔的干枯草原上时,也曾看见这样一个下现蜃景,他朝蜃景的方向跑去,想汲水煮饭。等他跑到那里一看,什么水源也没有,才发现是上了蜃景的当。这是因为干枯的草和沙子一样,可以被烈日晒得热浪滚滚,使空气层的密度从下至上逐渐增大,因而产生下现蜃景。无论哪一种海市蜃楼,只能在无风或风力极微弱的天气条件下出现。当大风一起
11、,引起了上下层空气的搅动混合,上下层空气密度的差异减小了,光线没有什么异常折射和全反射,那么所有的幻景就立刻消逝了。总而言之,这是有趣,又是科学的。阅读思考:1、 什么是海市蜃楼?2、 海市蜃楼形成的原因?你还看见或者听见过什么样的海市蜃楼?2、课日食2、日食阅读提示:在地球上观察,月球遮住太阳的一部分或全部的现象称为日食。日食:日食有日全食、日偏食和日环食三种。地球上一年中常有两次或两次以上的日食,但在同一地区,平均要每隔23年才可看到一次日偏食,而日全食则非常罕见。日全食概述:日全食是日食的一种,即太阳被月亮全部遮住的天文现象。如果太阳、月球、地球三者正好排成或接近一条直线,月球挡住了射到
12、地球上去的太阳光,月球身后的黑影正好落到地球上,这时发生日食现象。 在地球上月影里的人们开始看到阳光逐渐减弱,太阳面被圆的黑影遮住,天色转暗,全部遮住时,天空中 可以看到最亮的恒星和行星,几分钟后,从月球黑影边缘逐渐露出阳光,开始生光、复圆。由于月球比地球小,只有在月影中的人们才能看到日全食。日全食成因:日食,又作日蚀,是一种天文现象,当月球运行至太阳与地球之间时,对地球上的部分地区来说,月球挡住了太阳的部分或全部光线,看起来好像是太阳的一部分或全部消失了,故名。日食只在朔,即月球与太阳呈现合的状态时发生。日食是相当罕见的现象,在三种日食中较罕见的是日全食,因为唯有在月球的本影投影在地球表面时
13、,在该区域的人才能够观测到日食。日全食是一种相当壮丽的自然景象,所以时常吸引许多游客特地到海外去观赏日全食的景象。例如,在1999年发生在欧洲的日全食,吸引了非常多观光客特地前去观赏,也有旅行社推出专门为这些游客设计的行程。古时,人类缺乏天文学知识,以为日食是天狗食日,或象征灾难的降临,而在日食时举行仪式。但在现代社会中,日食的这层意义已逐渐为人们所抛弃。上一次发生在中国的日全食发生于2009年7月22日,而下一次将会于2035年9月2日在我国北方发生,时长1分29秒。世界范围内下次日全食将于2010年7月11日和2012年在智利复活节岛附近出现日食和月食的“季节”。日食一定发生在朔,即农历初
14、一当日。此时月球位于地球和太阳之间,但因太阳轨道(黄道)与月球轨道(白道)成59交角,故并非每次朔日皆有日食发生,而日食发生时,日月两者皆一定在“黄白交点”(升交点或降交点)附近。日、月食的发生必须是新月和满月出现在黄白交点的一定界限之内,这个界限就叫做“食限”。计算表明,对日食而言,如果新月在黄道和白道的交点附近18度左右的范围内,就可能发生日食;如果新月在黄道和白道的交点附近16度左右的范围内,则一定有日食发生。一年之中有几次:日食的一个食季是36天,这个天数比一个朔望月的平均长度29.53还要长。因此在一个日食的食季内必定会发生一次日食,也可能发生两次日食。一年之中有两个日食食季,所以在
15、一年之内至少有两次日食发生,也可能有四次日食发生(如果每个食季中都包含两个朔日的话)。 2009722日全食纪念日月食的一个食季为24天,这个天数比一个朔望月的平均天数29.53天还要短。因此在月食的一个食季内可能包含一个望月,也可能没有望月在内,也就是说,在这个食季内可能有一次月食发生,也可能连一次月食也不会发生。一年之中月食的食季也是有两个;”所以在一年之中,可能有两次月食发生,也可能连一次月食也不会发生。一年之中,日、月食的次数最多时可以达到六次,即四次日食和两次月食.但是实际上有时候一年之中的日、月食次数可以多达七次,即五次日食和两次月食,或者是四次日食和三次月食。如1935年就曾发生
16、过五次日食和两次月食,将来的2160年也会是这样;1917年和1982年就曾发生过四次日食和三次月食。那么,为什么一年之内的日、月食会多达七次呢?这是由于在太阳的引力作用下,黄道和白道的交点会不断地沿着黄道从东向西移动,每年约移动20度,这个方向与太阳沿黄道运行的方向相反,因此太阳在黄道上连续两次通过同一交点所经历的时间间隔(这个间隔叫“食年”)比一年(365.2422天)要短,只有346.62天,要约少19天。这样就会产生两种情况:一种情况是一年3652422天之内,包含了两个完整的食季和一个不完整的食季。比方说第一个食季开始1月初,那么经过346.62天一个食年之后,第三个食季就会在同一年
17、的12月中旬开始,在这种情况下就可能发生五次日食和两次月食;另一种情况是一年365.2422天之内,包含了两个不完整的食季(一个在年头,一个在年尾)和一个完整的食季,在这种情况下就可能发生四次日食和三次月食。 并不是所有的日食现象都能称作日全食,其中全环食最容易被误认作日全食:日偏食:中国史书上称“日有食之,不尽如勾”,造成日偏食的原因是因为观测者落在月球的半影区中,观测者会看见一部分的太阳被月球的阴影遮盖,但另一部分仍继续发光。太阳和月球只有部分重合,依据两者中心的视距离远近(太阳被月球遮盖的最大直径)来衡量食的大小。通常日偏食是伴随着其他食相发生,如日全食。但某些日食只可能是日偏食(不伴随
18、其他食相),因为月球与地球的距离太远,只有半影碰到地球表面。 日环食:当月球处于远地点时,月球的本影锥不能到达地球;到达地球的是由本影锥延长出的伪本影锥。此时月球的视直径略小于太阳。因此,这时太阳边缘的光球仍可见,形成一环绕在月球阴影周围的亮环。(在环食区之外,所见的食相是偏食) 全环食:全环食只发生在地球表面与月球本影尖端非常接近,或月球与地球表面的距离和月本影的长度很接近的情形下。由于地球为球体之关系,而本影影锥接触地球时为日全食(常为在食带中间),在食带两端由于影锥未能接触地球,致只能有伪本影到达地球之下,所看到的是日环食。所以,当全环食发生时,随着地月之间的相对运动,会先后出现环食全食
19、环食。全环食发生机率甚少,最近的一次在2005年4月8日。日偏食和日环食日偏食是日食天象的一种,即太阳的部分被月亮遮隐,人们此时看到的太阳圆面只有一部分。只有处在月球半影区里的人才能看到日偏食。当月球离地球较远时,月轮看起来比日轮小,不能把整个日轮遮住,即月球本影的锥顶位于地面上空,本影延伸出的倒向圆锥内的观测者,会看到黑暗的月轮周围绕着一圈明亮的光环,这就是日环食。日偏食时只有初亏、食甚和复原3个阶段,而日环食的过程则与日全食一样。1、 什么是日食?日食分为几种?2、 日食是怎样形成的?阅读思考:3、月食3、月食月食是一种特殊的天文现象,指当月球运行至地球的阴影部分时,在月球和地球之间的地区
20、会因为太阳光被地球所遮闭,就看到月球缺了一块。阅读思考:月食概述以地球而言,当月食发生的时候,太阳和月球的方向会相差180 度,所以月食必定发生在“望”(即农历15日)前后。要注意的是,月食只能发生在满月的时候,这时,太阳,地球和月球成一直线,整个月面被照亮,所以只要天清气朗,保证能看清楚看到这种壮观的场面。然而并不是每次满月都会发生月食,因为月球绕地球的轨道偏离了黄道约5的交角,只有当满月时刻正好是在月球在其轨道上穿过黄道平面时,才会发生月全食。古代月食记录有时可用来推定历史事件的年代。中国古代迷信的说法又叫做天狗吃月亮。月食的类型:月食可分为月偏食、月全食以及半影月食三种(切记不会发生月环
21、食。因为,月球的体积比地球小的多)。当月球只有部分进入地球的本影时,就会出现月偏食;而当整个月球进入地球的本影时,就会出现月全食。至于半影月食,那就是指月球 只是掠过地球的半影区,造成月面亮度极轻微的减弱,很难用肉眼看的出差别,因此不为人们所注意。地球的直径大约是月球的4倍,在月球轨道处,地球的本影的直径仍相当于月球的2.5倍。所以当地球和月亮的中心大致在同一条直线上,月亮就会完全进入地球的本影,而产生月全食。而如果月球始终只有部分为地球本影遮住时,即只有部分月亮进入地球的本影,就发生月偏食。因为,月球的体积比地球小的多。太阳的直径比地球的直径大得多,地球的影子可以分为本影和半影。如果月球进入
22、半影区域,太阳的光也可以被遮掩掉一些,这种现象在天文上称为半影月食。由于在半影区阳光仍十分强烈,月面的光度只是极轻微减弱,多数情况下半影月食不容易用肉眼分辨。在一般情况下,由于较不易为人发现,故不称为月食,所以月食只有月全食和月偏食两种。另外由于地球的本影比月球大得多,这也意味著在发生月全食时,月球会完全进入地球的本影区内,所以不会出现月环食这种现象。每年发生月食数一般为2次,最多发生3次,有时一次也不发生。因为在一般情况下,月亮不是从地球本影的上方通过,就是在下方离去,很少穿过或部分通过地球本影,所以一般情况下就不会发生月食。月食过程: 月食的过程 在月全食发生时,月亮虽然被全部遮住,但天空
23、并非一片黑暗 ,我们仍能看见笼罩在月亮上的暗红色光。这是因为太阳光中的红色光在通过地球大气时发生折射,从而使月亮看起来呈红色。月全蚀后半影食始:月球刚刚和半影区接触,这时肉眼觉察不到。正式的月食的过程分为初亏、食既、食甚、生光、复圆五个阶段。 初亏:标志月食开始。月球由东缘慢慢进入地影,月球与地球本影第一次外切。食既:月球的西边缘与地球本影的西边缘内切,月球刚好全部进入地球本影内。 食甚:月球的中心与地球本影的中心最近。 生光:月球东边缘与地球本影东边缘相内切,这时全食阶段结束。 复圆:月球的西边缘与地球本影东边缘相外切,这时月食全过程结束。 月球被食的程度叫“食分”,它等于食甚时月轮边缘深入
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