有關超音波的傳遞特性，下列何者最不適當？
詳細解析
本題觀念
超音波通過不同介質時，最重要的判斷工具是聲阻抗、反射、散射與折射的關係。聲阻抗可寫成 Z＝ρc，其中 ρ 是介質密度，c 是聲速；兩種介質的阻抗差越大，界面反射越明顯。垂直入射時，反射強度係數可表示為 R＝((Z2－Z1)/(Z2＋Z1))²，因此阻抗相同時 R＝0。斜向入射則要使用 Snell 定律，角度都是相對於界面法線測量，不能只憑「速度變快或變慢」的直覺判斷。
本題要找的是最不適當的敘述，核心在於確認介質 2 聲速變快後，折射角究竟往哪個方向改變。其餘敘述分別對應阻抗匹配、波長尺度造成的散射，以及空氣和軟組織之間極大的阻抗不匹配。
選項分析
A 正確。 垂直入射代表聲束沿著界面法線前進。此時若介質 1 與介質 2 的聲阻抗相等，反射強度係數的分子 Z2－Z1 等於零，所以理想情況下沒有反射，入射能量可全部向第二介質傳遞。要注意的是，「沒有反射」是阻抗相等這個理想介面條件的結果，並不是所有垂直入射都不反射；只要兩側阻抗不同，就會有部分能量被反射。
B 正確。 散射是聲波遇到小型不均勻結構、微小界面或粗糙表面後，能量不再只沿單一鏡面方向返回，而是分散到多個方向。散射強弱與散射體相對於波長的大小有關；當散射體尺寸與入射波長相當時，波動作用容易被觀察到，也是組織內微小結構能產生回音訊號的重要原因。若結構遠大於波長，表現較接近明顯界面的反射；若遠小於波長，散射型態與強度也會不同。
C 不正確。 斜向入射時，聲波遵守 Snell 定律 v1／v2＝sin θ1／sin θ2，θ1 是入射角，θ2 是穿透或折射角，兩者都從法線量起。若介質 2 的聲速比介質 1 快，v1／v2 小於 1，因此 sin θ2 必須大於 sin θ1；在一般未超過臨界條件的情況下，θ2 應大於 θ1，聲束會偏離法線，而不是變成較小的角度。故把「第二介質速度較快」與「穿透角較小」連在一起，正好把折射方向說反，是本題最不適當之處。
D 可視為正確。 空氣的聲阻抗遠低於軟組織，兩者在交界處有非常大的阻抗差。依反射係數公式，這種巨大不匹配會使反射比例接近全部，超音波很難有效由空氣傳入軟組織或由軟組織傳回探頭，因此實務上要在探頭與皮膚之間使用耦合膠，以排除空氣層。雖然嚴格物理描述會依入射角、介質與波型區分反射情況，考試所說空氣與軟組織交界容易發生全反射，重點是強調其近乎完全反射的效果。
答案解析
答案為 C。判斷折射角時，先確認角度是以法線為基準，再代入 Snell 定律即可避免方向錯誤。當第二介質聲速較快時，為了讓 v1／v2 與 sin θ1／sin θ2 相等，第二介質中的 sin θ2 必須較大，所以穿透角大於入射角；只有第二介質聲速較慢時，折射角才會朝法線靠近而小於入射角。
其他三項各自符合超音波介面物理：阻抗相同使垂直入射反射消失；散射體尺寸接近波長時可產生明顯散射；空氣與軟組織阻抗差很大而形成近乎完全的反射。考場上看到「速度較快卻角度較小」時，應優先想到 Snell 定律的正弦比，而不要只用介面方向或日常光線經驗猜測。
核心知識點
- 聲阻抗： Z＝ρc，與密度及聲速有關；介面兩側 Z 差越大，反射越強。
- 垂直入射： R＝((Z2－Z1)/(Z2＋Z1))²。Z1＝Z2 時反射係數為零；空氣與軟組織阻抗差極大，反射接近全部。
- 斜向折射： v1／v2＝sin θ1／sin θ2，角度以法線為基準。第二介質較快，θ2 較大；第二介質較慢，θ2 較小。
- 散射： 聲波遇到微小不均勻結構或粗糙界面時，能量向多方向分散；散射體尺寸與波長相當時，散射作用特別值得注意。
- 影像應用： 耦合膠可消除探頭與皮膚間的空氣，降低界面反射，讓聲能較有效進入人體並接收回波。
參考資料
- Medical Engineering I: Chapter 11 Ultrasound，§11.2.2.1–§11.2.2.4，說明反射係數、空氣與軟組織的阻抗差、散射及聲波 Snell 定律：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK546144/pdf/Bookshelf_NBK546144.pdf
- WHO Basic Physics: ultrasound reflection and acoustic impedance，Chapter 3，說明垂直入射與聲阻抗差對反射的影響：https://iris.who.int/bitstream/handle/10665/43179/9241592990_eng.pdf
- Ultrasonics - Mathematics and Physics of Emerging Biomedical Imaging，§7.3 Scattering，說明散射與組織結構、波長的關係：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK232478/