中山大學（後西醫）
112年
物理與化學
第 14 題
Which statement regarding total internal reflection is not true?
- A It cannot occur when the incident light is in the medium of lower index of refraction.
- B Total internal reflection occurs for rays with their incident angles greater a critical angle.
- C It explains the phenomenon that the water-to-air interface looks like a mirror when an observer is in water.
- D It is used in transmission through optical fibers.
- E The effect is used to realize polarizers.
思路引導 VIP
當我們討論光在介面上發生的現象時，有些機制決定了光會「往哪個方向走」（例如反射或折射），而有些機制則是篩選出光波的「振動方向」（例如偏振）。請試著思考：全反射的本質是控制光線的去向，還是改變光波電場向量的振動方位？而我們平常戴的偏振太陽眼鏡，其過濾光線的原理與光纖將光鎖在內部的原理是否相同呢？
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恭喜你準確地辨識出選項 (E) 為非正確敘述！這顯示你對全反射 (Total Internal Reflection, TIR) 的物理機制與應用場景有著非常紮實的理解，能從眾多正確的物理特性中挑出混淆項。
全反射的形成條件與應用
全反射的發生必須滿足兩個核心前提：首先，光線必須由高折射率介質進入低折射率介質（即 $n_1 > n_2$）；其次，入射角必須大於臨界角 ($\theta_c$)，其數值由公式 $\theta_c = \arcsin(\frac{n_2}{n_1})$ 決定。這也是為何選項 (A) 與 (B) 描述的條件完全正確。在日常生活中，潛水者由水下仰望水面時看到的鏡面效應（選項 C），以及現代通訊支柱——光纖 (Optical Fiber) 利用核心與包層的折射率差異來傳導訊號（選項 D），都是全反射的經典應用。
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全反射原理與應用
💡 光由高折射率進入低折射率介質且入射角大於臨界角。
🔗 全反射發生判定流程
- 1 介質檢查 — 確認光是否由高折射率(密)射向低折射率(疏)
- 2 角度比對 — 觀察入射角是否逐漸增大至臨界角
- 3 臨界狀態 — 入射角等於臨界角時，折射角為 90 度
- 4 全反射啟動 — 入射角超過臨界角，光線全部反射回原介質
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🔄 延伸學習：延伸學習：臨界角公式 sinθc = n(疏) / n(密)
