高中物理 第四章 光的折射4.1 光的折射定律

高中物理 第四章 光的折射4.1 光的折射定律

‎4.1 光的折射定律 ‎ 从水底下看世界 许多人都想不到，如果我们从水底下来看世界，世界会是怎样不平凡；它在观察者的眼里会变得差不多不能被认出来了.‎ 设想你是在水底下，抬着头在看水面上的世界.那些在你头顶上浮着的云是一点也不会改变形状的：因为竖直的光线是不会折射的.可是所有其他物体，只要它们射出的光线成锐角地和水面相遇，它们的形象就会被歪曲：它们好像位置越低的被压缩得越紧——光线和水面相遇所成的角度越小，挤得越厉害.这也是可以理解的：水面上所见的世界既然全部都应该容纳在那个狭小的水底下的圆锥体里，一条180°的弧既然应该缩短到差不多一半，弯成一条97°的弧，那形象也就自然要被歪曲了.从物体射出的光线如果用100°左右的角和水面相遇，物体在水面的像会被压缩得几乎认不出来了.可是最使你吃惊的是水面本身的形状：从水底下往上看的时候，它们完全不是平的，而是一个圆锥形！在你看起来，你是站在一个大漏斗的底部，而漏斗的壁是用比直角稍微大一些的角度（97°）彼此倾斜着的.如左下图所示这个圆锥体的上部边缘围着由红、黄、绿、蓝、紫等颜色组成的彩色圈.为什么会这样呢？白色的阳光是由各种颜色光组成的，每一种颜色光都有自己的折射率，因此也就有自己的“临界角”.就是由于这个缘故，从水底下往上观察的时候，物体也好像是围着彩虹的光圈了.‎ 从水里向上看，外面世界都被压缩在一个顶角等于97°的圆锥体里 那么在这个包含着整个水面上世界的圆锥体的边缘以外，还可以看到些什么呢？那里展开着一片发光的水面，它像镜子一样，会反映水底下的各种物体.‎ 例如，如果在水中立着一个人，那么从水里看出来，这个人的形状会和右上图里所画的一样.下水洗澡的人，在鱼的眼睛里就应当是这种样子的！在鱼看来，在浅滩上行走的人是被分成了两截的，变成了两个动物：上一截没有脚，下一截没有头，却有4只脚！当我们从水底下的观察者（鱼）的旁边走开的时候，我们的上半部分身体就会越来越缩短.等我们走了一段距离以后，几乎全部水面上的身体都会消失——只剩下一个空悬着的人头.‎ 一个齐胸浸在水里洗澡的人，从水里看出来是这样的