關於此實驗
將一束光線射向兩種透明介質之間的界面。調整角度和折射率，比較反射、折射和全反射。兩個角度均從法線測量；法線是垂直於界面的直線。光線的寬度示意光功率，數值讀數則顯示計算得出的比例。
學習目標
- 在平面界面處應用反射定律和斯涅爾定律
- 預測透射光線會向法線偏折還是遠離法線
- 確認臨界角以及發生全反射的條件
使用方法
- 1設定玻璃上方為空氣，並增大入射角。比較入射角和折射角。
- 2交換兩種介質。觀察折射光線如何遠離法線。
- 3選擇全反射預設，然後逐漸減小角度，直到低於臨界角。
- 4將兩個折射率設為相同。檢查光線方向和反射功率。
模型
假設
- 兩種介質均為均勻、各向同性、非磁性且透明，不存在吸收。
- 界面是平坦的，且遠大於波長。忽略繞射和表面粗糙度。
- 折射率為實數，且與波長無關。菲涅耳功率分率假設入射光為非偏振光。
在課堂上試試這個實驗
- Q1光從空氣進入玻璃時，為什麼不存在臨界角？
- Q2對於折射率為 1.50 的玻璃到空氣的情況，估算臨界角並檢驗你的估算。
- Q3在垂直入射時，折射角為零是否意味著反射功率也為零？
常見問題
既然發生了折射，為什麼仍然會有反射光線？
在折射率不同的介質交界面上，入射功率通常會有一部分被反射，另一部分被透射。菲涅耳方程決定這兩部分的比例。
恰好處於臨界角時會發生什麼？
極限透射方向沿著介面延伸，與法線成90度。對於無損邊界，法線方向的透射功率趨近於零。在此模型中，超過臨界角後不存在傳播的透射光線。