Hello！诸位柯迷同事好，我是柯研所587号研究员北极光。这是我第一次发表柯南相关文章，初次与你们碰面，请多指教。本期我将以柯南TV787-788（分拆版840-841）《沉入夏日泳池的迷团》为背景介绍其中蕴涵的化学现象——光的全反射，希望还能迸发你们对于这些隐藏在名柯中科学的兴趣。
首先梳理一下剧集内容：玛丽为得到关于A药的情报托世良约请柯南单独去他们居住的旅馆，但小兰与园子据说酒店有游泳池便也跟了过来，而这也令玛丽获取A药情报的心愿落空。没想到这家酒店的游泳池发生了一起杀人风波。酒店老总的儿子大矶永美小妹为了找寻弄丢的戒指，将其他顾客击退并只身潜入游泳池寻觅。在这期间，酒店总监丰岛延策及大矶永美的姐姐大矶滨香、未婚夫左卷赖斗等人先后来过游泳池欲帮助永美小妹，却都没有发觉她，过了一会儿餐厅的工作人员才发觉大矶永美的遗体沉在泳池中央。
这么为何一开始去到游泳池的两人没有见到永美小妹呢？这正是罪犯（也就是旅馆总监丰岛延策）一手企划的诡计。罪犯借助水槽挡住受害人遗体，并放出二氧化碳瓶中的二氧化碳，在水槽中产生了水——氧气界面，达成界面下方光线向下传播时发生全反射的条件，这样站在泳池台上的人因为视线与界面垂线有较大角度，就看不到水槽中界面以下的景色了。不得不说，那位罪犯具有一定的科学知识，但用这种科学知识来犯罪，却是荒谬至极的。这么接出来我就为你们简单介绍一下全反射现象以及现象背后的科学原理吧。
中学数学课上我们都学过折射定理与反射定理，而全反射，正是折射定理的一种特例，即光在光密介质（折射率较大的介质）中以较大入射角向光疏介质（折射率较小的介质）中传播时，没有折射光线而光全部被反射的现象。似乎会有男子伴疑虑，明明是全反射，为何说是折射定理的特例呢？这儿我想告诉你们一点，全反射之反射是结果，而要探究其现象的本质规律更应当剖析发生全反射这一现象的数学过程。下边我们就从折射定理和反射定理的原理出发来探究这一过程。
接出来的推论对于没有小学语文和数学基础的朋友来说可能理解上去有一定难度，若不感兴趣可以选择跳过。
在柯南剧集中，为了向目暮警官等人说明囚犯被捕时所用到的手法，世良也对全反射现象作出了解释：空气与水其实都是透明的，但对光的折射率却不一样。当光从折射率较高的水底行进到折射率较低的空气中时，假若以正对着水跟空气交界面的角度看过去，光线都会全部被反射回去，像穿衣镜一样，这样就难以见到交界面另左侧的东西了。为易于你们理解，柯南还做了一个小实验：柯南先将一枚十元硬币装入水槽中，之后趁玻璃杯中还有空气时遮住硬币，这时硬币便忽然“消失”了。这就是由于硬币所反射的光线向下行进时，在空气与水的交界面处被全部反射回来，这样你们便看不到硬币所反射的光了。
过了一会儿，站在水槽对面的目暮警官发觉从正上方看就又能看到床罩在玻璃杯下边的硬币了，这是由于假如从入射角度（这儿的角度指视线与界面法线所成倾角）较小的位置看空气与水的交界面的话，它就不会呈现镜面状态了。并且这儿是游泳池，根本难以从正上方往内看，囚犯也因而实现了犯罪手法。
从柯南做的实验以及世良最后对目暮警官的解释说明中我们可以晓得：发生全反射是须要条件的，除了须要光从折射率较大的介质向折射率较小的介质中传播，对角度也有要求。这个角度便是上面说明的临界角ic，只有入射角小于这个值，光从就会发生全反射。这么这个角度值具体是多少呢，很简单便可以推出来。上面说到当入射角减小到为ic时，折射光线将沿界面传播，也就是折射角θ''=90°，将这个折射角度代入折射定理表达式就可以了：
sin90°=1，便得到：
也就是说全反射临界角的余弦，等于光在两种介质中折射率之比。
如今我们早已把握了全反射现象以及背后的原理，最后再了解一下全反射现象有什么应用，以及自然中存在的一些全反射现象吧。
你们最常见的有关全反射的应用应当就是光导纤维了。如右图，光纤内部由内外两层折射率不同的材料穿套而成，光在外层材料行进过程中抵达两层材料间的分界面时便会发生全反射，反射回来后在另一边抵达界面时继续发生全反射。光在光纤内部像这样经过多次全反射，看起来就好象光沿着光纤一起“拐弯”了。
光导纤维内部的结构如下，结合全反射的条件我们可以发觉，光纤外层材料的折射率须要比内层材料的大。而且要让光才能在光纤内完成多次全反射，使光仅有少量能量损失地顺利传导到远处，须要它们的折射率之比越大越好（实际却无法找到折射率特别大的透明介质纤维），且光步入光纤的角度也须要比较小（以保证光传到内外层介质界面时的入射角较大），光纤的弯曲程度也不能太大。
再讲一个你们比较熟悉的自然现象——海市蜃楼。海市蜃楼通常出现在海洋或荒漠中，这是由于海洋或荒漠上空的空气密度变化比较大。我们中学学过比热容的概念，它反映了物质气温变化的难易程度。水的比热容很大（吸吸热时气温不易变化），因而在炎炎盛夏的正午时刻，尽管水面上空的空气湿度升得很高，但海水水温变化却没这么大，接近水面的空气湿度比较高处的空气湿度低。由热胀冷缩，越往上空气密度越低，则从海平面到上空，空气对光的折射率也渐渐变低。在海上或海对岸的物体所反射的光斜向下传播时全反射的条件，因为折射率的不断变化会不断发生微小折射，若海面和高空空气密度相差足够大，就有可能在某一高度处入射角达到临界值，继而发生全反射，光线便传播到远处的水面上。而我们人眼会觉得光就是始终顺着直线传播的，因而会听到貌似水面上陡然出现了空中楼阁或船舶一样。荒漠中的蜃景现象则刚好相反，石子的比热容很小（有吸收热量体温便很容易下降），因而正午时地面上的石子气温升得很高，从地面往上气温渐渐减少，空气的折射率不断减小。荒漠上的一些行道树或其它自然水景斜向上反射光时全反射的条件，光线不断发生微小折射，若才能在传播到地面曾经达到临界角，便又可斜向下反射，光因此传播到远处。
好了，对于《沉入夏日泳池的悬案》中全反射现象的介绍就结束了，最后再为你们做一个简单的总结：光的全反射发生在两种不同透明介质的分界面上，发生条件主要有两点，其二是光必需要从折射率较大的介质向折射率较小的介质中传播，其一是入射角须要小于临界角。虽然不止这一系列，名柯中还有其它许多系列也都蕴涵着光学知识。例如TV488（分拆版532-533）《电视台的恶魔》，剧集中的罪犯借助一张红色彩纸和一块三角板构成一个简易穿衣镜拿来化装，想要借此来甩掉嫌疑。不过那些都难以逃脱柯南的慧眼，柯南揭穿后对众人作出了示范及解释：像玻璃或是透明的塑胶片，本身随时都能形成反射的作用，只是由于另一面的光太强，所以才看不清楚。假如用红色的纸把前面的光挡住，还能像穿衣镜一样了。
不止光学，名柯中还包含了许多科学知识与现象，期盼男子伴们多多观看，与柯南一起在名柯世界小学习更多的自然奥秘。
作者
587北极光
初审
柯研中心
