Question

如圖所示，在清澈平靜的水底，抬頭向上觀察，會看到一個十分有趣的景象：

　　（1）水面外的景物（藍天、白云、樹木、房屋），都呈現在頂角q =97°的倒立圓錐底面的“洞”內；

　　（2）“洞”外是水底的鏡像；

　　（3）“洞”邊呈彩色，且七色的順序為內紫外紅．

　　試分析上述的在水下觀天的奇異現象．

 

 

Answer 1

答案：見詳解
解析：

水面外的景物射向水面的光線，凡入射角0≤q 1＜90°時，都能折射入水中被人觀察到（如圖甲）．根據折射定律，在q 1=90°的臨界條件下 　　， 　　因為水的臨界角q 0=48.5°，所以，倒立圓錐的頂角為 q =2q 2=2q 0=97°． 　　水底發出的光線，通過水面反射成虛像，也可以在水下觀察到．但是由于“洞”內有很強的折射光，所以只有在“洞”外才能看到反射光（尤其是全反射光）造成的水底鏡像（如圖乙）． 　　光線從空氣中折射入水中時，要發生色散現象：紅光的折射率最小，偏向角最小；紫光的折射率最大，偏向角最大．因為眼睛感覺光線是沿直線傳播，所以從水中看到的彩色“洞”邊，是內紫外紅（如圖丙）．