112年:視覺光學

有關光經過平面之折射定律及反射定律,下列何者錯誤?

A折射定律之入射光、折射光在法線的兩側
B反射定律之入射光、折射光和法線都在入射面上
C反射定律也可看成是折射定律的一個特例
D反射定律之入射角與折射角不相等

詳細解析

本題觀念:

本題考察光在平面介面的折射定律(law of refraction / Snell's law)反射定律(law of reflection)的基本原理,以及兩者的關係。此為反向題,需找出錯誤敘述。

選項分析

(A) 折射定律之入射光、折射光在法線的兩側 ✅ → 正確。折射定律(Snell's law)規定:入射光線與折射光線分別位於法線(normal)的兩側,且三者(入射光、折射光、法線)共面於入射面(plane of incidence)。

(B) 反射定律之入射光、折射光和法線都在入射面上 ✅ → 正確(敘述實質正確,雖然「折射光」一詞在反射定律中較不精準,應為「反射光」,但三者共面是正確物理描述)。反射定律規定:入射光線、反射光線和法線都在同一個入射平面(plane of incidence)上。

(C) 反射定律也可看成是折射定律的一個特例 ✅ → 正確。從費馬原理(Fermat's principle of least time)推導,反射可視為折射定律在折射介質折射率等於入射介質折射率(n1=n2n_1 = n_2)時的極限情況,故反射定律是折射定律的特例。數學上,若令 Snell's law 中 $n_1 \sin\theta_i = n_2 \sin\theta_

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