2019-10-24 17:25:09 佚名

在路上281728571

水是地球上最簡單的化合物，沒有水就沒有生命。然而水並不是我們想象的那麼簡單，僅僅是H2O。如果水分子真的是以單個分子存在，水的熔點為-110℃，沸點為-65℃，地球上的水早就全部氣化，地面上也就不可能還有水的存在。事實上，我們都知道，水的熔點為0℃，沸點為100℃。

為了解釋水透明的這個現象，我們分幾步來分析這個過程：一、物質透光率相關因素；二、液態水的結構；三、空氣和水的界面；四、光在水的內部運動情況分析；五、水透光情況說明；六、水透光情況的補充。為了簡化問題的分析，我們只考慮常溫常（4℃~30℃）壓下的純水（沒有任何雜質的理想狀態）。

一、透光率的大小有如下幾種因素決定：

1、選擇性吸收：當物質能級差與光子能量匹配時，產生選擇性吸收，此時物質本身就有顏色（如五水硫酸銅晶體，會吸收黃光），使透光率下降。

2、折射率：與物質的組成和結構有關。折射率越大，反射損失越大；雙折射率差值越大，反射損失越大，透光率越小。

3、物質中氣泡或晶粒間界：此類數量越多，就產生反覆從晶體到空氣，再從空氣到晶體的反覆折射，必定會造成反射損失，氣泡越多，反射損失越大，透光率越小。當然，厚度越大，氣泡就會越多，損失就越大。

4、物質中的雜質：產生散射損失，即光的方向改變，使透光率下降。

二、液態水的結構

科學家近些年通過研究發現，氣態的水可以假設為單個水分子或者是二聚體水分子；處於液相與氣相過渡狀態的水分子可能會有簡單的三元、四元、五元甚至六元環形分子存在；液相水分子團的結構要大於液相與氣相過渡狀態的水分子，會有六元、七元、八元甚至是更大的分子團存在。當分子簇大於7以後已經不大容易形成單個的環狀分子簇了，即便可以勉強形成大環分子狀態上也十分不穩定，很快便會通過變形轉化成摺疊形態或多環結構。與高分子不同的是由於水分子之間並沒有形成共價鍵而是以氫鍵相連，因而這種分子鏈在液態時十分脆弱，應該處於動態下的不斷斷裂和組合過程中。

三、空氣和水的界面

凡作用於液體表面，使液體表面積縮小的力，稱為液體表面張力。它產生的原因是液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫做表面層，表面層裡的分子比液體內部稀疏，分子間的距離比液體內部大一些，分子間的相互作用表現為引力。就象你要把彈簧拉開些，彈簧反而表現具有收縮的趨勢。正是因為這種張力的存在，有些小昆蟲才能無拘無束地在水面上行走自如。

四、光在水的內部運動情況

科學家現在已經測量出，單個水分子的體積為4X10^-10m^3，我們假設水分子在常溫狀態下以平均6~10個水分子形成的分子團狀態存在，則這個分子團的體積為2.4~4X10^-9m^3，它的直徑小於1.97X10^-9m。我們再來看一下可見光的波長為，380~760X10^-9m。從這兩個數值對比中我們可以看出，可見光的波長遠遠大於水分子團的大小。所以可見光可以在水中輕鬆繞過。

五、水透光情況的說明

根據前面對水的分析我們可以得到水透光的原因：1）水中分子團的尺寸遠小於可見光的波長，因此可見光可以從水分子周圍繞射而過；2）水的表面雖然分子比較稀疏，但是對光的透射損失比較小，有實驗證明這個數值為萬分之幾，幾乎可以忽略；3）純水中雜質和氣泡很少，是水透光率更高的另外一個原因。

六、關於水透光的補充說明

水的可見光透光性質不僅跟水分子團的結構有關，也跟水的深度有關。當水的深度很深的時候，波長比較短的可見光穿透性比較弱，而波長比較長的光繞射能力強，穿透深度比較深。所以，我們通常可以看到大海呈現出蔚藍色。

機械小邪

相信生活中不少人都有這樣的經歷，自己的孩子問一些看起來非常簡單，但又讓我們十分頭疼的問題。當我們嘗試回答這些問題時，即使我們知道問題的答案，但如何更加簡單明瞭地講解給孩子，也是一門學問，你總不能用一些非常專業的術語去給孩子講解吧，這樣會適得其反，需要用盡量通俗的語言講給孩子聽。

回到問題中來，水是透明的，為什麼我們能看見呢？簡單回答就是因為反射折射的問題，如果水沒有任何雜質，絕對純淨的水是透明的，我們應該看不到水。但現實中水沒有絕對純淨的水，都會有一定的折射反射發生！

同時，即使真的有絕對純淨的水，是完全透明的，也並不意味著我們看不到水的存在，還取決於水周圍的環境，這是一個相對性問題。比如絕對純淨的水裝在帶有顏色的杯子裡，因為杯子周圍的空氣不是絕對純淨的，也不是完全透明的，所以我們能“看到”水的存在，當然不是真的“看到”，就相當於“影子是黑色的沒有光線進入我們眼睛裡，為何能看到影子？”是一個道理，因為影子周圍有光線！

事實上，你完全可以用透明的玻璃舉例子作對比讓孩子更加直觀地理解，玻璃如果擦得很乾淨，也很容易讓人看不見，現實生活中就經常會出現有人撞到透明玻璃的情況。

當然，如果深層剖析其中的原理，會涉及到很多物理學上的折射反射問題，講起來會比較晦澀。如果講解的對象一個低年級的小學生問這個問題，只有8,9歲的孩子，反而會適得其反，不但不能讓孩子明白其中的道理，反而會變得越來越糊塗。

宇宙探索

水是透明的，為什麼能看見？空氣為什麼看不見？

不同的介質，光在其中傳播的速度是不相同的，從而導致光從一種介質進入另一種介質時，在其分界面會產生折射和反射，當反射光進入我們眼睛中時，我們就看到了這個物體的存在。

例如，我們將門外的空氣和室內的空氣看作兩個介質，因為光在它們中的傳播速度相同，那麼當陽光從室外傳向室內時，光只發生直線傳播，不會發生折射和反射，室內空氣沒有反射光線進入我們眼睛中，自然就看不到了。

光速與介質的密度有關(光疏介質與光密介質)，密度越大，光速越慢。

如果我們將兩個密度接近的介質放在一起，它們的光速接近，在界面處發生的反射和折射就小，幾乎接近直線傳播，就很難分清這兩種介質了。

例如，我們將一塊玻璃放入水中，我們幾乎看不到水中的玻璃了。我們常常在電視中看到魔術師在水面上閒庭信步，其實就是在水中架一座玻璃橋，魔術師信步在玻璃橋上走過。

前面有人說，水是透明的，因為有雜質所以能看見，難道純淨水就看不到了嗎？別臆想，最好去了解科學的本質。

梅子178714737

後來愛因斯坦研究了量子力學，給出了自己的答案。大概意思是，光是以一種波的形式傳播。而光有不同的波段，不同波段產生不同的顏色。而超過肉眼接受的光包括紅外線光和紫外線光。一個是高頻段光源，一個是超低頻段光源。人可以區分的顏色很少，在地球生物中算中下游。據說蜜蜂可以看見紫外線和紅外線。

回答了光穿過玻璃的問題。愛因斯坦的答案是，光並沒有穿過玻璃，而是通過撞擊將自己和玻璃中的光子置換出去，類似於核裂變時候中子轟擊鈾裡的中子的原理，卻別是光的質量很小，他只能通過撞擊置換出同樣的光子。

而另一種解釋是，光在照射到物體的時候，這個物體和光相同頻譜的光子會被反射。而不同頻譜的光會被吸收併產生熱能。人眼看到的就是物體反射的相同頻譜的光。所以人眼中物體是五顏六色大隊。白色表示他可以反射各種頻譜的光，集合起來就是白色，而黑色表示他可以吸收絕大多數頻譜的光，人眼看不見他反射的光所以人看到就是黑色。而人可以透過水看見水另一邊的光，則表示水或者玻璃可以讓光在他的內部傳播。他不反射也不吸收任何光源。換句話說，有黑的，有白的，為什麼不能有透明的。

風車騎士45541173eg

我不太想打擊你和你兒子，但是嚴格來說，在絕大多數情況下你根本看不見水。

在水不夠深的情況下，你只是以為你看見了水，其實你根本沒有看見，只是你的大腦根據光學差異，再結合以往經驗，分析出了一個範圍裡有水而已。

你先思考一個最基本的問題——我們是如何看見東西的？

光線照射到物體上，再反射到我們的眼睛裡，晶狀體把接收到的光線投射到視網膜上成像，於是我們就看見了這個物體。

與此同時，由於不同的物體只會反射出不同波段的光線，因此我們就看見了各種各樣的顏色。

不僅如此，我們眼球中的成像實際上還是倒立的，是大腦進行了修正。

這一過程跟照相機如出一轍。

從這一原理來說，我們只能看見會反射光線的物體。

水雖然也能反射光線，可是水的透光率特別高，在水不夠深的情況下，絕大部分光線直接穿透過去了，僅有極少數量的光線會反射回來，數量根本不足以達到肉眼能感知的程度，因此在這種情況下我們是看不見水的。

只有在水足夠深的情況下，反射回來的光線數量足夠多了，我們才真正看見了水，而此時的水也是具有顏色的，譬如藍色的大海，綠色的湖泊。

其實我們可以通過一個最簡單的小實驗來證明這一點——下面這個瓶子是空的還是有水的？

顯而易見，在通透度很高的容器裡，假如找不到水面，我們很難判斷裡面究竟有沒有水。

可如果瓶子裡裝的是沙子，我們不需要去尋找什麼表面，一眼就能判斷出瓶子裡有沙子，原因就是我們真的能看見沙子，但真的看不見水。

不過，我們一旦拿掉瓶口的遮擋，你是不是立刻就感覺你看見瓶子裡的水了？

現在你再結合上面的內容仔細想想，你究竟是真的看見了水，還是大腦通過瓶子和水的光學差異，分析出了裡面有水。

請不要試圖抬槓，我知道，伏特加瓶子裡裝的其實是酒。

那麼問題來了：瓶子本身也是透明的，我們為何又能看見瓶子呢？

因為玻璃和空氣也存在光學差異嘛，瓶子背後的景物反射回來的光線，穿過瓶子之後受到了扭曲和折射，於是大腦便根據這一現象分析出了那裡有一個透明的瓶子！

同樣上面的道理一樣，在玻璃不夠厚，並且很平整的情況下，我們也是看不見玻璃的，所以常常有人會一頭撞在過於平整潔淨的玻璃門上面。

或者一看見門框就錯誤地認為那裡有玻璃……

講到這裡，應該不難想到我們為何能“看見”裝在盆子裡的水了。

在盆子裡的水不斷晃盪的情況下，盆底反射回來的光線就會不斷地受到扭曲，因此我們的大腦能夠判斷出水的存在。

如果盆子裡的水是完全靜止的，我們只有找到水面才能判斷出盆子裡有沒有水，但我們並不是真的看見了水。

假如你不相信，那我們再做一個簡單的小實驗來證明這一點——下面這口鍋是空的還是有水的？

看不出來，對吧。

因為你找不到任何對比，沒有對比大腦就無法分析鍋裡究竟有沒有水。

然而我們去掉遮擋之後，你又覺得自己清清楚楚、明明白白地看見鍋裡的水了。

明白了嗎？你其實根本就看不見水，只是你的大腦對物體的顏色、形狀、狀態等差異進行對比之後，分析出了水的存在。

這些差異統統來自於光線——水在一定程度上改變了物體反射出來的光線的速度、數量和波長，使得穿過水的光線會稍稍有別於穿過空氣的光線。

而眼睛是通過光線看見物體的，一旦眼球接收到的光線出現了差異，物體的顏色或形狀也就出現了不同程度的變化，於是我們的大腦便根據這一變化，分析出了水的存在。

我們能“看見”透明的玻璃也是同樣的道理。

其實“透明”這個詞語的含義本身就很籠統，一般來說，只要是光線能夠穿透的物體，都可以被稱為透明物體，從這個意義上來說，空氣本身也是一種透明物體。

然而，世界上並沒有絕對透明的物體，絕對透明就意味著沒有物體。

因為物體是原子構成的，而原子會吸收和反射光子。只要有原子的存在，就必定有一部分光子會被吸收和反射，只有真空才能讓光線全部通過，這也正是光線只有在真空中才能以100%光速傳播的原因，而真空就意味著沒有任何物體存在。

由此可見，原子的種類、數量和密度決定了能通過的光子數量，也就是所謂的透光率；同時它們還決定了光線的傳播速度，也就是所謂的折射率——由於光線只會沿耗時最短的路徑傳播，所以光線的傳播速度被改變後，傳播的路徑也會發生變化，折射就是這樣發生的。

空氣、玻璃、水，或任何透明物體的原子組成都是各不相同的，它們的透光率和折射率當然也就各不相同。

正因如此，當光線穿過不同的透明介質之後，剩下的光線的波長和方向就發生了變化，導致我們眼中的物體狀態也隨之發生了變化，使得我們能夠憑藉經驗分析出物體與我們之間隔的是空氣、水、還是玻璃。

但這絕不表示我們真的看見了這些透明的物體，我們真正看見的其實是被這些透明介質扭曲了的物體，而非介質本身。

科學矩陣

首先，人眼看到的任何東西，都是光線進入眼睛後，在視網膜上形成了一個像，再通過視神經傳達到大腦，我們就能看見這個東西了。

那麼光線怎麼進入眼睛裡面呢？一般是兩種情況，一個是物體本身自己可以產生光線，比如電燈，太陽，手機電腦屏幕之類的，這些東西自己能發光，它們發出的光線進入眼睛，你就看見了相應的東西，物理上把這些東西叫光源。

第二種情況就是物體本身不會發光，比如樹，書本，包括人，自己是不能發光的，那為什麼也能看到呢？這就是因為反光，由光源射出來的光線碰到物體以後反射到人眼裡面，這時候就能看見這個東西了，我們說伸手不見五指，就是因為沒有光源，手指沒法反光，自己又不會發光，所以就看不見了。

知道了這些就能解釋為什麼水是透明的但能看見了，再透明的水都是會反射光線的，一旦反射光進入人眼，人就能看見水（玻璃窗也是同理），第二是折射，水因為是透明的，除了反射出來的一部分，大部分光線是可以穿透過去的，但是不同密度的介質中，光的傳播速度不同，導致了折射的發生，我們通過參照水下的物體發生折射變形，結合自己的生活經驗，也能判斷水的存在。

眼鏡知識

我兒子也難住我了。水在地球上幾百億年都不會過期。裝到瓶子裡怎麼會有保質期？過期為什麼不能喝了？我太難了。大神們求教。

雙子座80309847

很多大神，又是折射，又是反射，又是衍射，又是雜質，又是密度等等，大秀一番，卻不知所云。

熱鬧的很，可笑至極。

你在空氣中，自然看不見空氣；

如同你在水下，看不見水。

你在空氣中，能看見水；

如同你在水中，能看見氣泡。

所以，正確的解釋是：

你不能看見你所處的透明介質（氣體或液體），但是你能夠透過各種光學現象，看見你所處的介質中，其它的透明物體。

文化科學宗教探索者

水是透明的，但是我們為什麼能看見？這個問題非常好，說明您兒子很注意觀察，而且善於思考，好好引導，必成大器。

我們的物理和化學中，對水的性質的定義是一致的：無色，無味，透明的液體。這裡的“水”，是指一種“物質”，是純淨物，不是混合物，也就是隻有水分子組成，不含任何雜質。下面我們所說的“水”，都指純淨物。

“水是透明的”，這個“透明”，指的就是透光，是指某種物質能夠讓光線通過。這裡的光，指的可見光。那麼我們是如何判斷一種物質或物體是透明的呢？

通常用兩種方式：

一是我們正面面對一種物質的時候，如果能夠看到這種物質後面的物體，或者說我們認為本不應看到的物體，我們就說這種物質是透明的。比如面對空氣能夠看到白雲、太陽、星星等，所以空氣是透明的；面對海水能夠看到看到海里的海草、游魚等，所以水是透明的；面對乾淨的玻璃，能夠看到窗外的高樓、車輛、行人，所以玻璃是透明的。

二是我們已經知道眼前有物體，但是仍然能夠感知到物體背後的光，雖然看不清，我們也認為物體是透明的，或者是有透明度的。比如我們閉上眼睛，知道有皮膚的阻隔，可是強光照射過來的時候，仍然能夠“看”到光，所以在此意義上，皮膚也是有透明度的；寶石、瓷器、紙張等物體的透明我們一般是如此認知的。

不管哪種方式，我們認為某種物體透明，都是指光線穿透了這種物體，在我們的眼睛中形成了影像，也就是透過而“看到”了。因為我們之所以能夠看到物體，就是因為物體反射的光線傳播到了我們的眼睛裡。以下透鏡成像的原理圖我們應該比較熟悉。

水就是因為具備了光線穿透的能力，光通過水的時候幾乎能全部通過，而把光線傳到我們的眼睛裡，所以我們定義：水是透明的。空氣、酒精、玻璃也是如此。

水之所以無色，是因為所有的有色光譜幾乎都能通過，所以我們說它是無色的；有顏色的透明物質是因為吸收了其他顏色的光，只讓自己同顏色的光通過，所以我們才能判斷出顏色；不透明的物體是因為吸收了其他顏色的光，只把某種顏色的光反射到我們的眼睛裡。反射所有的光，我們認為是白色，所有光都不反射，我們認為是黑色。

為什麼有的物體透明，有的不透明呢？這是因為物體的分子結構不同造成的。

比如空氣液體，因為氣體分子小，結構鬆散，中間空隙大，所以光容易通過；水及透明液體的透明原理也是如此；玻璃是固體，是因為分子排列規則，給光線通過提供了通道，所以玻璃透明，玻璃粉卻不透明。

那麼，水是透明的，為什麼我們能看到呢？

這裡的能夠看到，有兩種情況：

第一種情況：當我們在水外面的時候，是通過光在水與其他物質邊界處的反射，光反射到了我們的眼睛，讓我們看到了水；

第二種情況：當我們在水中，而與水之間沒有任何遮擋物的時候，水如果是純淨而靜止的，我們是看不到近處的水的，就如同我們看不到眼前的空氣一樣。我們水下攝影和空氣中效果能夠一樣就說明了這一點。可如果在深水中，我們透過水看水面的時候，水因為有了顏色，然後我們也感到自己看到了水，如同我們看到了藍天，可天空也是由透明的空氣組成的。

第一種情況，我們通過水的邊界看到了水，是因為光在邊界處產生了反射。

我們知道，物質折射率的不同，光在從一種物質進入另一種物的時候會產生折射和反射，這是為什麼呢？是因為物質分子會反射和吸收。

我們前面講過，光線之所以會通過，主要是因為分子間的空隙。光射到分子的時候，會產生反射和吸收，只是因為比例很小，所以物質厚度不大的時候不被我們感知到。而光從一種物質進入另一種物質的時候，通道位置發生了變化，光線的方向也就發生了變化，更多的光因為沒有對準通道而射到了分子上，就產生了邊界的吸收和反射。就如同日常生活中車道寬窄改變一樣，可光相對於分子這麼大的粒子來說，是直行的，也就發生了撞車。

光通過邊界的反射到了我們的眼睛裡，我們就看到了水的邊界，也就看到了水。

第二種情況，水是無色透明的，為什麼我們在深水中能夠看到水的顏色呢？

我們說過，水是幾乎讓所有的光通過，但並不是全部，絕大部分光能夠通過水分子間的空隙穿過，但是仍有一點照射到了水分子上，產生了微小的反射和吸收。我們定義了陽光是由紅橙黃綠青藍紫七種顏色組成的，水分子對不同顏色的光的吸收能力是不一樣的，其中短波，也就是偏紫的光吸收能力最弱，所以通過的最多，空氣也是如此，而我們的眼睛對紫光敏感度不如藍光，所以當水或空氣的厚度足夠大的時候，光的吸收達到我們的眼睛能夠感知的臨界值以上時，我們就看到了空氣或水是藍色的了。

所以，水是透明的，卻能被我們看到。我的回答，能為您解惑嗎？