2025年大學(xué)《物理學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——太陽(yáng)光在大氣中的傳播特性研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.太陽(yáng)輻射中，能量最高密度的部分位于：A.紫外線區(qū)域B.可見光區(qū)域C.紅外線區(qū)域D.伽馬射線區(qū)域2.使天空呈現(xiàn)藍(lán)色的主要散射過程是：A.米氏散射B.非選擇性散射C.瑞利散射D.吸收3.下列哪種大氣成分對(duì)太陽(yáng)紫外線的吸收作用最為顯著？A.氮?dú)釨.氧氣C.臭氧D.水蒸氣4.當(dāng)太陽(yáng)接近地平線時(shí)，我們通常看到它呈現(xiàn)紅色，這主要是因?yàn)椋篈.太陽(yáng)光強(qiáng)度大大增強(qiáng)B.大氣對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有選擇性吸收C.大氣對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光散射更弱D.視覺誤差5.大氣質(zhì)量（AM）是指：A.地球表面到天頂?shù)拇髿庵捏w積B.太陽(yáng)光穿過大氣層的垂直距離C.太陽(yáng)光穿過大氣層的路徑長(zhǎng)度與地球半徑之比D.大氣密度與標(biāo)準(zhǔn)海平面密度的比值6.在日食期間，觀察到月全食時(shí)，地球影子邊緣呈現(xiàn)紅色，這主要是由什么現(xiàn)象造成的？A.瑞利散射B.米氏散射C.大氣折射D.太陽(yáng)能量的集中7.光通過不均勻介質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度會(huì)按指數(shù)規(guī)律減弱，描述這一過程的物理定律是：A.斯涅爾定律B.光的反射定律C.Beer-Lambert定律D.愛因斯坦光電效應(yīng)方程8.與瑞利散射相比，米氏散射對(duì)于不同波長(zhǎng)的光：A.散射強(qiáng)度相同B.對(duì)所有波長(zhǎng)散射強(qiáng)度都更強(qiáng)C.對(duì)所有波長(zhǎng)散射強(qiáng)度都更弱D.對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的光散射更強(qiáng)9.大氣中的水汽主要對(duì)哪種波段的電磁波具有強(qiáng)烈的吸收作用？A.可見光B.短波紅外線C.中波紅外線D.微波10.如果大氣完全透明無吸收和散射，我們看到的太陽(yáng)顏色和能見度會(huì)是：A.更亮，顏色偏藍(lán)B.更暗，顏色偏紅C.更亮，顏色偏黃D.更暗，顏色偏白二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題中橫線上）1.太陽(yáng)光經(jīng)過大氣層時(shí)，波長(zhǎng)較短的光比波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光更容易被______，這是天空呈現(xiàn)藍(lán)色的原因之一。2.臭氧層主要吸收太陽(yáng)輻射中的______線，對(duì)地球生命起到保護(hù)作用。3.光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，發(fā)生全反射的條件是入射角大于______。4.大氣質(zhì)量為1時(shí)，太陽(yáng)光穿過大氣層的路徑長(zhǎng)度大約相當(dāng)于______處的路徑長(zhǎng)度。5.當(dāng)太陽(yáng)在地平線以下時(shí)，我們?nèi)匀荒苡^察到它，稱為______，這是大氣對(duì)太陽(yáng)光的______作用所致。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述瑞利散射和米氏散射的主要區(qū)別。2.解釋為什么日落和日出時(shí)太陽(yáng)看起來比在天空中的其他位置更紅？3.簡(jiǎn)單說明大氣質(zhì)量（AM）的大小如何影響到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射特性？四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)太陽(yáng)光通過大氣層時(shí)，某個(gè)波長(zhǎng)的光由于瑞利散射其強(qiáng)度衰減符合Beer-Lambert定律，已知該波長(zhǎng)的光在大氣質(zhì)量為1時(shí)的透過率為0.8，若某時(shí)刻大氣質(zhì)量為2，求該波長(zhǎng)的光透過率是多少？2.一束平行sunlight以入射角30°射入大氣層界面。假設(shè)大氣層可以看作一個(gè)均勻介質(zhì)，其對(duì)光的吸收和散射可忽略，主要發(fā)生折射。若大氣層折射率從界面處的1.0003變化到地頂處的1.0004，估算光線穿過整個(gè)大氣層（以AM=1為參考）后發(fā)生的總偏折角。（可使用小角度近似和斯涅爾定律）五、論述題（10分）結(jié)合你對(duì)太陽(yáng)光在大氣中傳播過程的理解，論述大氣成分變化（例如，溫室氣體濃度增加）可能對(duì)地球的輻射平衡和氣候產(chǎn)生哪些影響？試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.C5.C6.B7.C8.D9.C10.B二、填空題1.散射2.紫外3.臨界角4.地球半徑5.螢火蟲，散射三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：瑞利散射（RayleighScattering）由尺寸遠(yuǎn)小于光波長(zhǎng)的微粒（如分子）引起，其散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比（I∝1/λ?），因此對(duì)短波長(zhǎng)的藍(lán)紫光散射最強(qiáng)。米氏散射（MieScattering）由尺寸與光波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)奈⒘＃ㄈ鐨馊苣z、水滴）引起，其散射強(qiáng)度對(duì)波長(zhǎng)的依賴性較弱，對(duì)所有波長(zhǎng)的光散射都比較顯著，且散射強(qiáng)度隨粒子尺寸增大而減弱，但在粒子尺寸接近波長(zhǎng)時(shí)，對(duì)可見光各波長(zhǎng)的散射強(qiáng)度差異減小。散射機(jī)制不同，粒子尺寸范圍不同，以及散射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化規(guī)律不同。2.解析思路：日出日落時(shí)，太陽(yáng)處于地平線附近，其光線需要穿過更厚的大氣層才能到達(dá)觀測(cè)者。根據(jù)Beer-Lambert定律，光通過路徑越長(zhǎng)，強(qiáng)度衰減越嚴(yán)重。同時(shí)，根據(jù)瑞利散射的特點(diǎn)（I∝1/λ?），波長(zhǎng)較短的光（藍(lán)紫光）衰減得比波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光（紅橙光）更厲害。因此，到達(dá)地面的陽(yáng)光中長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅橙光占比例更大，使得太陽(yáng)看起來是紅色或橙色的。天空本身也因散射而呈現(xiàn)紅色。3.解析思路：大氣質(zhì)量（AM）是表征太陽(yáng)光線穿過大氣層路徑相對(duì)大小的無量綱參數(shù)。AM=1對(duì)應(yīng)太陽(yáng)光線垂直射入大氣層（天頂方向）。AM值越大，表示太陽(yáng)光線與大氣層垂直的夾角越大，穿過大氣層的路徑越長(zhǎng)。路徑越長(zhǎng)，意味著太陽(yáng)光通過大氣層時(shí)經(jīng)歷的吸收和散射過程越強(qiáng)。因此，AM增大導(dǎo)致到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度減弱（因?yàn)楦嗄芰勘晃栈蛏⑸涞簦⑶夜庾V成分發(fā)生變化（例如，藍(lán)光散射更弱，紅光相對(duì)更強(qiáng)）。四、計(jì)算題1.解析思路：Beer-Lambert定律描述了光強(qiáng)度衰減。設(shè)初始強(qiáng)度為I?，透過率為T，吸光度（或衰減因子）為α。T=10^(-αx)。當(dāng)AM=1時(shí)，T?=0.8，即10^(-α?)=0.8。當(dāng)AM=2時(shí)，光線穿過路徑加倍，衰減也加倍，10^(-α?)=T?2=0.82=0.64。因此，新透過率T?=0.64。答案：0.642.解析思路：使用斯涅爾定律n?sinθ?=n?sinθ?。光線在界面處入射角θ?=30°，折射角θ?未知。光線穿過大氣層到達(dá)地頂時(shí)，路徑與垂直方向夾角為θ?，設(shè)大氣層頂部的折射率為n?，此時(shí)光線從n?射向n?，有n?sinθ?=n?sin(90°-θ?)=n?cosθ?。聯(lián)立兩式得sinθ?/n?=cosθ?/n?，即sinθ?=n?sinθ?/n??？偲劢铅?(90°-θ?)-30°=60°-θ?。當(dāng)折射率變化較小時(shí)，可用近似n≈1+Δn，cosθ≈1-θ2/2。則n?≈1.0003,n?≈1.0004。代入sinθ?≈(1.0004)sin30°/1.0003≈(1.0004*0.5)/1.0003≈0.50015。θ?≈arcsin(0.50015)≈30.0086°?？偲劢铅铡?0°-30.0086°=29.9914°。近似為30°。答案：約30°五、論述題解析思路：大氣成分變化會(huì)直接影響太陽(yáng)輻射在大氣中的傳輸過程。溫室氣體（如CO?、CH?）濃度增加，會(huì)增強(qiáng)大氣對(duì)紅外輻射（特別是地球自身發(fā)出的長(zhǎng)波輻射）的吸收，導(dǎo)致地表能量向外太空的散失減少，即溫