Question

如图19－6－5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θ＝97°的倒立圆锥底面的“洞”内；

（2）“洞”外是水底的镜像；

（3）“洞”边呈彩色，且七色的顺序为内紫外红.

试分析上述水下观天的奇异现象.

Answer 1

解析：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（图19－6－5a）.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°.

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（图19－6－5b）.

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（图19－6－5c）.