Question

如图10所示，在清澈平静的水底，抬头向上观察，会看到一个十分有趣的景象：
（1）水面外的景物（蓝天、白云、树木、房屋）都呈现在顶角为的倒立圆锥底面的“洞”内，设光在水中的临界角C=48.5°，求值是多少？
（2）试分析“洞”外是水底的镜像的原因；
（3）“洞”边呈彩色，试分析各种色光排列的顺序。

Answer 1

（1）97°，（2）水底发出的光线，通过水面反射成虚像，也可以在水下观察到.但是由于“洞”内有很强的折射光，所以只有在“洞”外才能看到反射光（尤其是全反射光）造成的水底镜像，（3）内紫外红。

（1）水面外的景物射向水面的光线，凡入射角0≤θ₁＜90°的，都能折射入水中被人观察到（如图3所示a）。根据折射定律，在θ₁=90°的临界条件下
n=，所以sinθ₂===sinC。

因为水的临界角C=48.5°，所以倒立圆锥的顶角为θ=2θ₂=2C=97°。
（2）水底发出的光线，通过水面反射成虚像，也可以在水下观察到.但是由于“洞”内有很强的折射光，所以只有在“洞”外才能看到反射光（尤其是全反射光）造成的水底镜像（如图3所示图b）。
（3）光线从空气中折射入水中时，要发生色散现象：红光的折射率最小，偏向角最小；紫光的折射率最大，偏向角最大.因为眼睛感觉光线是沿直线传播的，所以从水中看到的彩色“洞”边，是内紫外红（如图3所示图c）。