海市蜃楼是一种光学现象，是因为光的折射和全反射而形成的自然现象，是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像。
首先我们先介绍下光的折射和全反射现象
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，从而使光线在不同介质的交界处发生偏折的现象称之为光的折射。
光在空气中传播的速度比水中要快，我们把光速大的一方（空气）称为光疏介质，光速小的一方（水）称为光密介质。
光线从光疏介质射入光密介质中时，光线入射角大于折射角；
光线从光密介质射入光疏介质中时，光线入射角小于折射角。当入射角大于某临界角时，折射光线将会消失，所有的入射光线将被反射而不进入光疏介质中，这种现象我们称之为全反射。
光的折射及全反射原理图
接下来我们介绍下现实生活中几种常见的或者常听到的海市蜃楼现象：
1、 在沙漠中，由于沙子比热容小，地表在太阳光照射下沙子温度快速升高，靠近沙子的下层空气温度也就比较高，空气受热膨胀，密度减小，相当于光疏介质。较上层的空气受沙子温度影响较小，温度较低，密度就相对较大，相当于光密介质。如果有一棵树，它发出的光线从光密介质向光疏介质传播，那么传播过程中光线就会发生不断的偏折，当偏折到一定角度时，就可能发生全反射现象，光线弯折向上传播，进入人的眼睛，如同被水面反射了一样。所以沙漠中看到这个现象的人就误以为前方有大片湖泊。
海市蜃楼原理图
在夏天的时候，我们经常在马路上看到远处地面有一大滩水，还可以显示车的倒影，可是走近的时候，又什么都没有，这个也是同样的原理。
2、在海面上，由于水的比热容大，海面在太阳光照射下温度变化很小，就导致海水表面温度比空气低，靠近海水的下层空气温度也比较低，密度就相对较大，相当于光密介质，较上层的空气受海面温度影响较小，温度较高，密度就相对较小，相当于光疏介质。当一艘船，它发出的光线从光密介质向光疏介质传播时，光线就会发生不断的偏折，当偏折到一定角度时，就可能发生全反射现象，光线弯折向下传播，进入人的眼睛，由于人眼认为光线都是沿直线传播的，所以我们看到的船就像浮在空中一样。全反射所形成的像为倒立的虚像。
海市蜃楼原理图
不过现实中海面上看到的海市蜃楼大都是正立的像，这又是为什么呢？
我们都知道海平面是一个弧面，正常情况下人们无法看到地平线以下的物体，不过地平线以下物体发出的光也可以通过折射进入人的眼睛，由于未发生反射现象，所以我们看到的就是正立的像。
海市蜃楼原理图
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