Question

如图所示，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

答案：
解析：

【解析】水面外的景物射向水面的光线，凡入射角0≤i＜90°时，都能折射入水中被人观察到(图a).根据折射定律，在i=90°的临界条件下 n=sinr＝＝sini0. 因为水的临界角i0＝48.5°，所以，倒立圆锥的顶角为θ＝2r＝2i0＝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b). 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c).

提示：

【说明】本题所给的三种景象对应着三个不同的物理规律：折射、反射和色散.在简要解释物理现象时，首先要将现象和物理规律联系起来，要从规律入手，归纳总结出产生现象的原因. 【设计意图】通过本例说明应用折射、反射和色散的规律分析解释现象的思路方法.