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(2) In future presentations of the research findings, in addition to the course project website and public presentations, your real name and personal information will not appear in this research report. If you are interested in the research results, we can provide you with an executive summary after the study is completed.
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物理實驗

折射與全反射

調整入射角與兩介質折射率,觀察折射與反射光線;當光從密介質射向疏介質,找出臨界角、看全反射如何鎖住光線——光纖的原理。
t = 0.00 s

折射角對入射角(紅點=目前;曲線中斷=全反射區)

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

入射角 θ₁
介質 1 折射率 n₁(上方,入射側)
介質 2 折射率 n₂(下方)
常見組合

光線量測

折射角 θ₂
°
狀態
臨界角 θc(n₁>n₂ 才存在)
°
光速 v₁・v₂(×10⁸ m/s)

畫面符號圖例

  • θ₁ 入射角、θ₂ 折射角;n₁/n₂:兩介質折射率
  • 全反射:θ₁ 超過臨界角,光被鎖在介質 1

實驗任務

  1. 驗證司乃耳定律:空氣→水,記錄五組不同入射角的數據。 下載 CSV 計算每列的 sinθ₁/sinθ₂——是不是都等於 n₂/n₁=1.33?
  2. 找臨界角:切到「水→空氣」,慢慢加大入射角,折射光去了哪裡? 記下剛好消失的角度,和理論值 sin⁻¹(1/1.33)≈48.8° 比較。
  3. 光纖原理:玻璃→空氣時臨界角是幾度?解釋為什麼光纖裡的光 以大角度射向側壁時會一路被「鎖」在纖芯裡前進。
  4. 可逆性:比較「空氣→水、θ₁=40°」與「水→空氣、θ₁=(前者的 θ₂)」 兩種設定——光路是不是互為倒轉?為什麼從來不會「從疏介質入射發生全反射」?

模型與假設

司乃耳定律:n₁·sinθ₁=n₂·sinθ₂;當 n₁>n₂ 且 θ₁>θc=sin⁻¹(n₂/n₁) 時無折射解, 發生全反射。
介質中光速:v=c/n(c=3×10⁸ m/s)。
畫面:反射光恆存在(亮度示意部分反射);全反射時反射光全亮。光線粗細與亮度為定性示意, 未依 Fresnel 方程計算精確比例。