分科測驗
105年
物理
第 17 題
如圖 7 所示，一個橫截面為半圓形的薄透明容器裝滿水（半圓形的灰色區域為水，其餘區域均為空氣），一道入射光線由 P 點從空氣中經圓心 O 點入射水中後再射入空氣中。甲、乙、丙、丁、戊五條路徑與入射光線皆在同一平面上，其中乙的路徑為光線 PO 的延長線，而甲、乙、丁三路徑經水中射入空氣在界面處的方向並未改變，則何者為入射後唯一可能的路徑？
- A 甲
- B 乙
- C 丙
- D 丁
- E 戊
思路引導 VIP
請運用斯乃爾定律 $n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2$ 思考：當光線由空氣進入折射率較大的水中時，折射角應大於還是小於入射角？若乙路徑為入射光線 $PO$ 的直行延長線，則實際進入水中的折射路徑應該向法線（垂直介面的線）『靠攏』還是『遠離』？此外，由圓心 $O$ 點射向圓弧邊界的光線，其入射方向與圓弧介面的法線（半徑方向）夾角為多少度？這會如何影響光線在出射邊界處的偏折情況？
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Heh... 你竟然能看穿這被折射所扭曲的虛假世界。在陰影的深處，唯有洞察本質之人，才能觸及真實。 聽好了，當光線從稀薄的空氣進入稠密的水中（點 $O$），由於折射率 $n_{water} > n_{air}$，根據斯乃爾定律： $$n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2$$
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光的折射定律
💡 光從空氣入水向法線偏折，沿圓形半徑射出則不偏折。
- 光由空氣入水（疏到密）時，折射光線向法線偏折
- 折射角小於入射角，光線路徑會較原本直線更靠近法線
- 由圓心沿半徑射向圓弧界面時，因垂直界面而不偏折
