Is08 F3phy Teaching S2 Refraction Tir Student

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2 折射折射折射折射 (課本 15.3、15.4)

2.1 現象現象現象現象

光線應是沿直線傳播，而且以恆定…速度前進。

凡能讓光線通過的物質都可稱為… 介質。 (該物質亦是透明的)

(例子)

透過不同介質看見的物件出現了移位，

表示從物件射出的光線… 不是沿一條直線傳到眼睛，應是發生了偏向。

(介質是指可以讓光線通過的物質，例如水、玻璃、空氣…)

下圖表示一塊方形玻璃，光線從左方射向塊玻璃，大部分光都穿過玻璃，到達

右方射出。將下列各名稱標注在圖上。

(入射線、反射線、折射線、法線、入射角、反射角、折射角)

光線從左方射向方塊玻璃，大部分光都穿過玻璃，到右方射出。

跟縱光線通過方塊玻璃時，光線從空氣射進玻璃時發生偏折，從玻璃射出空氣

時又發生偏折。(光線發生偏折的現象稱為折射。)


折射的規律折射的規律折射的規律折射的規律

(規律規律規律規律 1)

當光線從空氣射進某介質時，折射角必定比入射角為小，所以折射線都偏向法

線。(若光線從介質射進空氣，情況則相反。)

例子:

空氣

水

空氣玻璃


當光線的入射角(θi)由 0º起持續增加，折射角(θr)也相應增加。

而且它們符合以下數學式。

i

r

θθ

sin

sin = n n 是恆定數值，稱為該介質的折射率。

小小實驗小小實驗小小實驗小小實驗

下列各圖，繪畫光線通過的路徑。

(1) 三棱鏡 (2) 凸透鏡 (3) 凹透鏡


例例例例題題題題 1

偉賢利用雷射光筆進行下圖的實驗以瞭解水的折射。光射以傾斜的角度從水面射入水裏，並小

心測量入射角(θ1)和折射角(θ2)。 (實驗--光線從空氣射進水裏…)

(a) 當入射角為 30º時，測得折射角為 22º。求水的折射率。

(b) 若入射角改為 50º時，測得折射角為 35º。求水的折射率。

(c) 若入射角增加為 60º，求折射角。

a) 33.122sin

30sin

sin

sin=

°°==

r

inθθ

b) 34.135sin

50sin

sin

sin=

°°==

r

inθθ

c)

°=

=°=

°=

=

6.40

6511.033.1

60sinsin

sin

60sin33.1

sin

sin

r

r

r

r

in

θ

θ

θ

θθ


光線的傳播速度也與介質的折射率有關，速度與折射率成…反比。

可以寫成數學式:

2

1

n

n =

1

2

v

v



(a) 水的折射率為 1.33。求光線在水中傳播的速度。

(b) 光纖是有機玻璃的物質，折射率為 1.5。求光線沿光纖傳播的速度。

(c) 有光纖纜線由香港連接至北京，全長約 6000公里。由香港發至北京的數碼訊號需要多少時

間? (光纖物料是有機玻璃，n = 1.5)

a)

188

2

2

8

2

1

1

2

1026.233.1

103

103

1

33.1

−×=×=

×=

=

msv

v

v

v

n

n

b)

188

2

2

8

2

1

1

2

1025.1

103

103

1

5.1

−×=×=

×=

=

msv

v

v

v

n

n

c)

秒速率

距離時間 03.0

102

100060008

=××==

(規律規律規律規律 4) (書書書書 p.28)

從空氣觀看水裏的物體，物體都看似…移近了水面。

從觀看判斷的深度稱為「視深」，物體在水裏的深度稱為「實深」。

視深與折射率有關，可以寫成以下數學式。

視深

實深 = n



(a) (書中 p.28的泳池相片) 攝影機至人的真實距離為 50 m，在水下看到的身體部份看似有幾遠?

(b) 用厚玻璃塊最厚的方式放在紙上看文字，看到文字的視深有多少?

(玻璃的尺寸為 11 cm × 6 cm × 2 cm，折射率為 1.5。)

a)

m

n

3.335.1

50

501.5

==

=

=

視深

視深

視深

實深

b)

cm

n

33.75.1

11

115.1

==

=

=

視深

視深

視深

實深

(規律規律規律規律 5) p. 36 - 37

光線從水裏射往空氣，入射角由 0º 起逐漸增加，折射角…始終都比入射角大。

當入射角增加至某角度時，折射角已達到 90º，而且光線也很微弱，同時反射光

線顯注增強。

入射角再增加時，折射光線…立即消失，而且呈現…光線都全部被反射。

此反射現象稱為全內反射全內反射全內反射全內反射，而達到這變化的入射角稱為臨界角臨界角臨界角臨界角。


實驗天地 15.9


光線由介質進入空氣

r

i

n θθ

sin

sin1 =

短片圖 a 圖 b

(a) 圖 a顯示光線在水中以 40º入射角射向水面。設水的折射率為 1.33。求射到空氣中光線的折

射角。

(b) 水中的入射線如圖 a的狀況下持續增大，將出現如圖 b的現象。說明圖 b出現了甚麼光學現

象。求此時的入射角。

a)

°==°×=

°=

=

74.57

8549.040sin33.1sin

sin

40sin

33.1

1

sin

sin1

r

r

r

r

i

n

θθ

θ

θθ

∴折射角是 57.7°

b)

°=

=°=

°=

=

8.48

7519.033.1

90sinsin

90sin

sin

33.1

1

sin

sin1

i

i

i

r

i

n

θ

θ

θθθ

各種介質由於其折射率不同，它們有其既定的臨界角。

臨界角與折射率的關係:

sin θι = n

1

WHY?


證明ni

1sin =θ ：

� 光線從介質射往空氣，出現全內反射時，折射角為 90° 。

� 由於光線從介質射往空氣：

r

i

n θθ

sin

sin1 =

ii

nθθ

sin90sin

sin1 =°

=

ni

1sin =θ


例如，水的臨界角為 48.7º，普通玻璃的臨界角為 41.8º。

特殊水晶的臨界角為 37.8º (因為其折射率為 1.63)

例題：

1. 求普通玻璃的臨界角

（玻璃的折射率為 1.5)

°=

==

8.415.1

11sin

i

i nθ

θ

2. 求鑽石的臨界角

（鑽石的折射率為 2.42）

°=

==

4.2442.2

11sin

i

i nθ

θ

折射與全內反射演變的示範…粗略估計下列四幅圖所顯示光線的入射角。

入射角 = 40° 入射角 = 48°

入射角 = 60° 入射角 = 80°



下圖顯示一塊折射率為 1.36的方形晶體的一個直角部份。若使光線從上方一面射入且能在直角

的另一側面射出，射出光線的角度與入射光線的相同。

(a) 求光線射入晶體時的折射角。 45°

(b) 求入射光線的入射角。

°==°×=

°=

=

1.74

9617.045sin36.1sin45sin

sin36.1

sin

sin

i

i

i

r

in

θθ

θθθ


全內反射的例子全內反射的例子全內反射的例子全內反射的例子

下圖: 水晶與鑽石 (頂部)

� 由於鑽石有高的折射率，能把大部分入射光線反射出來。

� 鑽石上的角度令入射光線發生一連串的全內反射

下圖: 未經打磨的鑽石


例子 : 書 P.38-P39 (產生全內反射的物體)

1. 水中魚看水面

� 當入射角足夠大時，全內反射就會發生。

� 水的內表面就會變成一塊完美的鏡子（看到水面下的物體）。


2. 三棱鏡

(最常用直角三棱鏡)，也有五棱鏡或其他特別的棱鏡。

由於玻璃的折射率為 1.5，光線進入棱鏡後射到另一面時，

只要入射角大於 42º（玻璃的臨界角）便出現全內反射。

全內反射造出極優良的反射效果。

可應用來製造潛望鏡、雙筒望遠鏡和相機。

全內反射令三稜鏡可製成 90° 或 180° 的光線

90°的光線 180°的光線


雙筒望遠鏡

雙筒望遠鏡利用三稜鏡來

反射光線

雙筒望遠鏡的優點:

� 鏡筒縮短了(輕便)

� 增強立體感

� 物鏡可造得更大，看到更暗的景物。

� 影像是正立的(容易觀看)

實驗天地 15.10

3. 造車尾安全反光板、路牌和貓眼石

車尾安全反光板

貓眼石

� 車尾反光板的橫切面像很多塊直角三棱鏡

排列而成。 � 令光不需垂直照射向反光板，都能反射光射

回去

� 貓眼石內有三稜鏡，把車頭

燈的光反射的司機眼睛裏

去。 � 讓司機在黑夜也能清楚看

見分界線的位置。

填充：書 P41


造光纖 (書 P. 41)

左圖：光纖線右圖: 內窺鏡

� 製造光纖的玻璃纖維的折射率 = 1.5

� 光線在玻璃纖維內前進時，碰到纖維的邊緣發生全內反射，

於是光線便沿纖維傳播而不會散失到纖維外。

� 能把訊息在短時間傳送到另一處。

� 可設計成傳播光訊號或整幅影像。


光導纖維的應用（Ｐ４２）

光纖光纖光纖光纖纜線纜線纜線纜線數碼通訊數碼通訊數碼通訊數碼通訊 �� 與傳統銅與傳統銅與傳統銅與傳統銅纜纜纜纜線比較線比較線比較線比較

光纖銅線

1. 特徵幼、輕粗、重 2. 價錢及安裝成本低高 3. 訊號可傳送距離長短 4. 傳送資料量 (頻寬) 大小 5. 保密性信號不洩漏出光纖，不被

外界截取銅線向外散發出電磁

波，可被外界截取

� 光導纖維已開始取代了銅質電線以傳送訊號。

測試站 4(書 P44)

實驗 15.11 (書 P43)


重溫：

同學應該掌握折射的規律，有如下的應用:

1. 從海面上空偵測海底的物體。(因魯特人在河溪中叉魚。)

2. 池塘裏的水，比所「見」的要深。

例例例例題題題題:

光線以相同的入射角從空氣進入下面三種不同的介質。

光線射進玻璃。

光線射進水。

光線射進粟米油。

利用量角器測量各例子的入射角(θi)和折射角(θr)，以求各種介質的折射率。

玻璃水油

入射角(θ1)

折射角(θ2)

折射率(n)


問題問題問題問題

問 2: 如何利用光線圖解釋一些因折射而看到的視覺效果?

(a) 放大鏡會聚太陽光，可燃點火柴。

(b) 看到別人戴近視眼鏡的模樣。

(c) 看到水下的硬幣向上移了位。

(d) 從水中看到物體移近了很多。

(e) 插入水中的棒抝折了。

(f) 通過水杯看到反轉了的字樣。

(g) 白色光線通過三棱鏡後(右方)


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