Question

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像：

①水面外的景物(兰天、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：

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1)．根据折射定律，在i=90?的临界条件下，．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2)．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3)．