Hello！諸位柯迷同事好，我是柯研所587號研究員北極光。這是我第一次發表柯南相關文章，初次與你們碰面，請多指教。本期我將以柯南TV787-788（分拆版840-841）《沉入夏日泳池的迷團》為背景介紹其中蘊涵的化學現象——光的全反射，希望還能迸發你們對于這些隱藏在名柯中科學的興趣。
首先梳理一下劇集內容：瑪麗為得到關于A藥的情報托世良約請柯南單獨去他們居住的旅館，但小蘭與園子據說酒店有游泳池便也跟了過來，而這也令瑪麗獲取A藥情報的心愿落空。沒想到這家酒店的游泳池發生了一起殺人風波。酒店老總的兒子大磯永美小妹為了找尋弄丟的戒指，將其他顧客擊退并只身潛入游泳池尋覓。在這期間，酒店總監豐島延策及大磯永美的姐姐大磯濱香、未婚夫左卷賴斗等人先后來過游泳池欲幫助永美小妹，卻都沒有發覺她，過了一會兒餐廳的工作人員才發覺大磯永美的遺體沉在泳池中央。
這么為何一開始去到游泳池的兩人沒有見到永美小妹呢？這正是罪犯（也就是旅館總監豐島延策）一手企劃的詭計。罪犯借助水槽擋住受害人遺體，并放出二氧化碳瓶中的二氧化碳，在水槽中產生了水——氧氣界面，達成界面下方光線向下傳播時發生全反射的條件，這樣站在泳池臺上的人因為視線與界面垂線有較大角度，就看不到水槽中界面以下的景色了。不得不說，那位罪犯具有一定的科學知識，但用這種科學知識來犯罪，卻是荒謬至極的。這么接出來我就為你們簡單介紹一下全反射現象以及現象背后的科學原理吧。
中學數學課上我們都學過折射定理與反射定理，而全反射，正是折射定理的一種特例，即光在光密介質（折射率較大的介質）中以較大入射角向光疏介質（折射率較小的介質）中傳播時，沒有折射光線而光全部被反射的現象。似乎會有男子伴疑慮，明明是全反射，為何說是折射定理的特例呢？這兒我想告訴你們一點，全反射之反射是結果，而要探究其現象的本質規律更應當剖析發生全反射這一現象的數學過程。下邊我們就從折射定理和反射定理的原理出發來探究這一過程。
接出來的推論對于沒有小學語文和數學基礎的朋友來說可能理解上去有一定難度，若不感興趣可以選擇跳過。
在柯南劇集中，為了向目暮警官等人說明囚犯被捕時所用到的手法，世良也對全反射現象作出了解釋：空氣與水其實都是透明的，但對光的折射率卻不一樣。當光從折射率較高的水底行進到折射率較低的空氣中時，假若以正對著水跟空氣交界面的角度看過去，光線都會全部被反射回去，像穿衣鏡一樣，這樣就難以見到交界面另左側的東西了。為易于你們理解，柯南還做了一個小實驗：柯南先將一枚十元硬幣裝入水槽中，之后趁玻璃杯中還有空氣時遮住硬幣，這時硬幣便忽然“消失”了。這就是由于硬幣所反射的光線向下行進時，在空氣與水的交界面處被全部反射回來，這樣你們便看不到硬幣所反射的光了。
過了一會兒，站在水槽對面的目暮警官發覺從正上方看就又能看到床罩在玻璃杯下邊的硬幣了，這是由于假如從入射角度（這兒的角度指視線與界面法線所成傾角）較小的位置看空氣與水的交界面的話，它就不會呈現鏡面狀態了。并且這兒是游泳池，根本難以從正上方往內看，囚犯也因而實現了犯罪手法。
從柯南做的實驗以及世良最后對目暮警官的解釋說明中我們可以曉得：發生全反射是須要條件的，除了須要光從折射率較大的介質向折射率較小的介質中傳播，對角度也有要求。這個角度便是上面說明的臨界角ic，只有入射角小于這個值，光從就會發生全反射。這么這個角度值具體是多少呢，很簡單便可以推出來。上面說到當入射角減小到為ic時，折射光線將沿界面傳播，也就是折射角θ''=90°，將這個折射角度代入折射定理表達式就可以了：
sin90°=1，便得到：
也就是說全反射臨界角的余弦，等于光在兩種介質中折射率之比。
如今我們早已把握了全反射現象以及背后的原理，最后再了解一下全反射現象有什么應用，以及自然中存在的一些全反射現象吧。
你們最常見的有關全反射的應用應當就是光導纖維了。如右圖，光纖內部由內外兩層折射率不同的材料穿套而成，光在外層材料行進過程中抵達兩層材料間的分界面時便會發生全反射，反射回來后在另一邊抵達界面時繼續發生全反射。光在光纖內部像這樣經過多次全反射，看起來就好象光沿著光纖一起“拐彎”了。
光導纖維內部的結構如下，結合全反射的條件我們可以發覺，光纖外層材料的折射率須要比內層材料的大。而且要讓光才能在光纖內完成多次全反射，使光僅有少量能量損失地順利傳導到遠處，須要它們的折射率之比越大越好（實際卻無法找到折射率特別大的透明介質纖維），且光步入光纖的角度也須要比較小（以保證光傳到內外層介質界面時的入射角較大），光纖的彎曲程度也不能太大。
再講一個你們比較熟悉的自然現象——海市蜃樓。海市蜃樓通常出現在海洋或荒漠中，這是由于海洋或荒漠上空的空氣密度變化比較大。我們中學學過比熱容的概念，它反映了物質氣溫變化的難易程度。水的比熱容很大（吸吸熱時氣溫不易變化），因而在炎炎盛夏的正午時刻，盡管水面上空的空氣濕度升得很高，但海水水溫變化卻沒這么大，接近水面的空氣濕度比較高處的空氣濕度低。由熱脹冷縮，越往上空氣密度越低，則從海平面到上空，空氣對光的折射率也漸漸變低。在海上或海對岸的物體所反射的光斜向下傳播時全反射的條件，因為折射率的不斷變化會不斷發生微小折射，若海面和高空空氣密度相差足夠大，就有可能在某一高度處入射角達到臨界值，繼而發生全反射，光線便傳播到遠處的水面上。而我們人眼會覺得光就是始終順著直線傳播的，因而會聽到貌似水面上陡然出現了空中樓閣或船舶一樣。荒漠中的蜃景現象則剛好相反，石子的比熱容很小（有吸收熱量體溫便很容易下降），因而正午時地面上的石子氣溫升得很高，從地面往上氣溫漸漸減少，空氣的折射率不斷減小。荒漠上的一些行道樹或其它自然水景斜向上反射光時全反射的條件，光線不斷發生微小折射，若才能在傳播到地面曾經達到臨界角，便又可斜向下反射，光因此傳播到遠處。
好了，對于《沉入夏日泳池的懸案》中全反射現象的介紹就結束了，最后再為你們做一個簡單的總結：光的全反射發生在兩種不同透明介質的分界面上，發生條件主要有兩點，其二是光必需要從折射率較大的介質向折射率較小的介質中傳播，其一是入射角須要小于臨界角。雖然不止這一系列，名柯中還有其它許多系列也都蘊涵著光學知識。例如TV488（分拆版532-533）《電視臺的惡魔》，劇集中的罪犯借助一張紅色彩紙和一塊三角板構成一個簡易穿衣鏡拿來化裝，想要借此來甩掉嫌疑。不過那些都難以逃脫柯南的慧眼，柯南揭穿后對眾人作出了示范及解釋：像玻璃或是透明的塑膠片，本身隨時都能形成反射的作用，只是由于另一面的光太強，所以才看不清楚。假如用紅色的紙把前面的光擋住，還能像穿衣鏡一樣了。
不止光學，名柯中還包含了許多科學知識與現象，期盼男子伴們多多觀看，與柯南一起在名柯世界小學習更多的自然奧秘。
作者
587北極光
初審
柯研中心
