老師手中拿著一張卡片，卡片上畫了一隻可愛的黑貓。將卡片垂直放入水中，從水面向下看，咦！黑貓竟然變成了白貓。將卡片從水中取出，白貓又變回了黑貓。

黑貓與白貓的光學秘密

為什麼黑貓在水中會變成白貓呢？現在揭開謎底：老師在卡片上畫了一隻黑貓，在透明塑膠袋上畫了一隻未著色的貓的框架。將畫有黑貓的卡片放入透明塑膠袋中，塑膠袋上的貓的框架與卡片上的黑貓重合，因此我們只看見黑貓。將塑膠袋放入水中，從水面向下看，只能看見塑膠袋上貓的框架，卻看不見卡片上的黑貓，因此彷彿是黑貓變成了白貓。

為什麼塑膠袋在水中時我們看不見卡片上的黑貓呢？這與光的全反射有關。

我們先談談光的折射與反射。當光行進至兩個不同介質的邊界時，一部分光反射回到第一個介質，另一部份光折射進入第二個介質。當入射角大於臨界角時，全部的光都反射回到第一個介質，無法進入第二個介質，此種現象稱為全反射，由刻卜勒於 1604 年時首次觀察到。

現在我們可以解釋黑貓為什麼變成白貓了。將塑膠袋放入水中，從卡片反射的光由袋中空氣進入水中時產生折射。水的折射率比空氣折射率大，因此當光由塑膠袋中的空氣進入水中時折射角小於入射角。折射後的光抵達水面時入射角會大於臨界角（48.5 度）而產生全反射，無法穿透水面。所以從水面向下看，只看到塑膠袋上未著色的貓的框架，看不到卡片上的黑貓，彷彿黑貓變成了白貓。