115年:視覺光學(2)
一束光線經由塑膠鏡片（n = 1.498）射入空氣（n = 1）中，假設入射角為60o，關於折射現象下列何者正確？
A折射角會小於60o
B折射角會等於60o
C折射角會平行法線
D會產生全內反射現象
詳細解析
本題觀念
本題考查光由高折射率介質射向低折射率介質時的折射與全內反射。判斷關鍵不是只比較入射角和某個常見角度，而是先確認光線行進方向，再計算臨界角。塑膠鏡片的折射率 1.498 高於空氣的 1.000，符合可能產生全內反射的第一個條件；接著比較入射角 60° 是否大於臨界角。若超過臨界角，折射方程式會要求折射角的正弦值大於 1，代表不存在實際折射光，入射光會全部反射回塑膠內。
選項分析
A. 折射角會小於 60°：不正確。光由高折射率塑膠進入低折射率空氣時，若仍有折射光，折射角應比入射角大，而不是變小；本題更進一步是入射角已超過臨界角，沒有折射光。
B. 折射角會等於 60°：不正確。折射角等於入射角只適用於兩側折射率相同，或光線正入射等特殊情況。這裡兩介質折射率不同，且入射角超過臨界角，因此不存在 60° 的折射角。
C. 折射角會平行法線：不正確。折射光沿法線代表折射角為 0°，通常發生在正入射，而不是斜向入射的 60°；本題也沒有折射光可沿法線傳播。
D. 會產生全內反射現象：正確。
答案解析
由 Snell 定律 n₁sinθ₁=n₂sinθ₂，塑膠射向空氣的臨界角為 θc=sin⁻¹(n_air/n_plastic)=sin⁻¹(1.000/1.498)≈41.88°。題目給定入射角 60°，大於 41.88°，所以會進入全內反射條件。若強行代入折射式，sinθ₂=(1.498/1.000)sin60°≈1.297，超過正弦值可達的上限 1，故沒有實數折射角。此時界面仍會有反射光，但不會有能量傳入空氣中的一般折射光；因此本題答案為 D。
核心知識點
- 全內反射必須同時具備兩項條件：光由高折射率介質射向低折射率介質，且入射角大於臨界角。
- 臨界角公式為 sinθc=n₂/n₁，其中 n₁>n₂；臨界狀態的折射光沿著界面傳播。
- 入射角小於臨界角時才有折射光；入射角等於臨界角時折射角為 90°；入射角大於臨界角時只見反射光。
- 由高折射率介質進入低折射率介質，若未達臨界角，折射角會大於入射角，光線偏離法線。