Question

如圖19－6－5所示，在清澈平靜的水底，抬頭向上觀察，會(huì)看到一個(gè)十分有趣的景象：

（1）水面外的景物（藍(lán)天、白云、樹木、房屋）都呈現(xiàn)在頂角θ＝97°的倒立圓錐底面的“洞”內(nèi)；

（2）“洞”外是水底的鏡像；

（3）“洞”邊呈彩色，且七色的順序?yàn)閮?nèi)紫外紅.

試分析上述水下觀天的奇異現(xiàn)象.

Answer 1

解析：水面外的景物射向水面的光線，凡入射角0≤θ₁＜90°的，都能折射入水中被人觀察到（圖19－6－5a）.根據(jù)折射定律，在θ₁＝90°的臨界條件下

n＝，所以sinθ₂＝＝＝sinC.

因?yàn)樗�的臨界角C＝48.5°，所以倒立圓錐的頂角為θ＝2θ₂＝2C＝97°.

水底發(fā)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(nèi)有很強(qiáng)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（圖19－6－5b）.

光線從空氣中折射入水中時(shí)，要發(fā)生色散現(xiàn)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?yàn)檠劬Ω杏X光線是沿直線傳播的，所以從水中看到的彩色“洞”邊，是內(nèi)紫外紅（圖19－6－5c）.