115年:眼光概要(2)
光速在下列何種介質之行進速度最快？
A壓克力
B玻璃
C水
D人眼角膜
詳細解析
本題觀念
本題考查光在不同透明介質中的傳播速度與折射率之關係。折射率的定義為 n=c/v，其中 c 是真空中的光速，v 是光在該介質中的速度。因此在比較同一波段的光時，折射率越小，分母越小，光在介質中的速度越快；反過來，折射率越大，傳播速度越慢。解題不應只憑材料名稱判斷，而要比較各材料的代表性折射率。也要注意這裡比較的是介質內的速度，不是光線改變方向時的偏折角；偏折角還會受到入射角影響。這項反比原則適用於常見透明介質。
選項分析
- A：錯誤。壓克力的折射率約為 1.49 至 1.51，通常高於水的約 1.333，因此光在壓克力中的速度比水中慢。
- B：錯誤。一般玻璃的折射率約為 1.52，通常高於水；依 v=c/n，玻璃中的光速不會是四者最快。
- C：正確。水的折射率約為 1.333，在四個選項中最低，所以依反比關係，光在水中的行進速度最快。
- D：錯誤。人眼角膜的折射率約為 1.376，雖然接近水，但仍高於水的約 1.333，因此角膜中的光速略慢於水中。
答案解析
把四種介質的折射率由小到大排列，可概略寫成水 1.333、角膜 1.376、壓克力約 1.50、玻璃約 1.52。由 n=c/v 可知，這個排列同時就是光速由快到慢的反向排列，所以水最快，角膜其次，壓克力與玻璃較慢。若用數值感受比例，水中速度約為真空光速的 1/1.333，角膜中約為 1/1.376；雖然兩者差距不大，但水的折射率仍較低，故答案為 C。題目問的是介質中的行進速度，不是真空中的 c；進入任何折射率大於 1 的透明介質後，速度都會低於真空光速。
核心知識點
- 折射率定義：n=c/v；在同一比較條件下，n 與 v 互為反比。
- 比較光速時，先找折射率最小的介質，不是找名稱聽起來最透明或最稀薄的材料。
- 可記住常見代表值：水約 1.333、角膜約 1.376、壓克力約 1.50、一般玻璃約 1.52。
- 材料的折射率會因波長、溫度與成分而變化，但本題選項的差距足以判定水最快。
- 真空中的光速是上限；在折射率大於 1 的介質中，光速為 c/n。