112年:眼光概要

當光線從一個介質(初始介質,primary medium ;折射率為n)進入另一個介質(次級介質,secondary medium;折射率為n’),下列何者最不適當?

A初始介質的折射率(index of refraction )較低,次級介質的折射率較高,光線會向法線(normal)屈折
B當光線由比較緻密的介質(optically dense medium )進入較不緻密的介質時,光線會偏離法線
C可以利用司乃耳定律(Snell’s law )來量化這類光線的屈折(refraction )
D司乃耳定律(Snell’s law )可以表示為:n(sinθ’)= n’(sinθ),其中θ是入射角,而θ’是折射角

詳細解析

本題觀念:

本題為反向題(問「最不適當」),考核**Snell's Law(司乃耳定律)**的正確表述與光線折射的基本原則。需從四個選項中找出描述錯誤的一項。

選項分析

Snell's Law 標準公式nsinθ=nsinθn \cdot \sin\theta = n' \cdot \sin\theta' 其中 nn 為入射介質折射率,θ\theta 為入射角;nn' 為折射介質折射率,θ\theta' 為折射角。所有角度均相對於界面法線(normal)量測。

(A) 初始介質折射率較低,次級介質折射率較高,光線會向法線屈折正確

n<nn < n'(從低折射率進入高折射率介質,如空氣進入玻璃),由 Snell's Law: nsinθ=nsinθsinθ=nnsinθ<sinθn \cdot \sin\theta = n' \cdot \sin\theta' \Rightarrow \sin\theta' = \frac{n}{n'} \sin\theta < \sin\theta

因此 θ<θ\theta' < \theta,折射光線靠近法線(向法線偏折)。此選項描述正確。

(B) 光線由較緻密介質進入較不緻密介質時,光線會偏離法線正確

較緻密介質(optically dense medium)指折射率較高的介質(n>nn > n')。此時

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