模拟海市蜃楼实验的配液新方案

模拟海市蜃楼实验的配液新方案陈培杰 欧阳为民（襄樊学院物理学系，襄樊 441053）摘 要：分析了传统的配制模拟海市蜃楼溶液方法的不足，提出了新的实验方案，推导出配制溶液浓度的梯度随高度

模拟海市蜃楼实验的配液新方案 陈培杰欧阳为民 441053 （襄樊学院物理学系，襄樊） 摘要： 分析了传统的配制模拟海市蜃楼溶液方法的不足，提出了新的实验方案，推导出配制溶 液浓度的梯度随高度的分布公式。使实验过程中的配液时间大大缩短，实验现象更加明显，提高了 实验的成功率。 关键词： 海市蜃楼；配液；人工混合法 0 引言 海市蜃楼（简称蜃景）是在晴朗、无风或微风条件下，光在折射率不均匀的空气中 连续折射和全反射而产生的一种光学现象。在自然界，当空气的密度随高度的变化而变 化时，空气对光的折射率也随高度变化，则当光在其中传播时由于受到连续折射而发生 弯曲人们逆着光线观察就会看到物体的像偏离实物的距离，而产生蜃景。在实验室模拟 [4] 蜃景现象，由于空气的流动性较大，一般采用在液体中模拟。 要做好模拟海市蜃楼演示实验，配制密度或折射率梯度分布合适的溶液是关键。目 前采用得最多的配液方法是自然扩散法，即将两种液体分层放置让其由于分子的热运动 [2][3] 而自由扩散，如文献[2]所述的实验装置、文献[3]所述的实验方案。该方法的最大 不足是配液时间长，所配溶液需要经过几个小时才能投入使用。文献[4]中清华大学也 [4] 曾提出了人工混合配制溶液的新方法，配液时间虽短，但由于液体密度分布受流量影 响，无规律可循，使操作过程变得不易控制。本文在此基础上提出了一种新的配液方案， 并对实验装置做了一些改进，使实验的操作更加简便，提高了实验的成功率。 1 实验原理及配液方案 1.1 实验装置 1137__ 如图所示。高位槽、混合槽及模拟槽可由有机玻璃制成，底取为相等。模 5 拟槽也是观景槽，在制作过程中必须保证通透性良好，不被划伤。阀门下装有莲蓬头。 6 缓冲槽可用泡沫塑料制作，在底部均匀打上小孔，位于模拟槽内，缓冲槽的高度随着 模拟槽内液面的升高而不断升高。高位槽是用来盛装透明液体，如清水，在混合槽内装 25 有折射率不同的另外一种液体，如食盐水、糖水等。阀门和用来控制液体的流量。 24 高位槽中的液体通过阀门流入混合槽，搅拌器可使液体混合均匀。浓度均匀的液体 经莲蓬头撒在缓冲槽，使液体能缓慢地渗到模拟槽内浮在表面，在实验进行过程中流入