你有曾經沒帶泳鏡下游泳池時

被旁邊的巡岸人員制止下水的經驗嗎？

你知道為什麼要戴泳鏡才能下水嗎？

視力正常的人進入水中後視線變模糊

這是為什麼呢？

先前我們學習到光的折射現象

當光由一介質射向不同介質時

由於光線在不同介質中光速改變

因此光線會產生偏折

當光進入不同介質時

會遵守折射定律

折射定律內容如下

第一點：入射線、折射線在法線兩邊

且三線會共平面

第二點：當光從快介質斜射入慢介質中時

折射角小於入射角

相反地

當光從慢介質斜射入快介質中時

折射角大於入射角

第三點：當光線垂直射向介質表面時

傳播方向不改變

這時入射角與折射角均為0度

先前我們只定性討論

光線由快介質進入到慢介質時

折射線會偏向

使得折射角小於入射角

相反地

當光從慢介質斜射入快介質時

折射角大於入射角

藉由比較折射角變化的角度大小

來判斷光在介質中的速度快慢

接下來

我們要學習如何以數學來表示折射現象中

各物理量之間比值所代表的物理意義

首先

對於光線在不同介質下的偏折程度大小

我們稱為折射率

光線偏折是因為速度變化

所以我們可以藉由光速的概念進行延伸

如圖所示

當光由介質1進入到介質2中發生偏轉

已知介質1的光速大於介質2

則我們利用光速的比值

來決定兩介質的折射程度

介質2對介質1的相對折射率為

n12等於n1分之n2等於v2分之v1

有了相對折射率後

科學家將光速傳遞最快的介質—真空訂為標準

將真空的折射率訂為1

因此定義出絕對折射率

請觀察表格

你發現什麼呢？

沒錯

從表中我們可以發現除了真空以外的介質

他們的折射率都大於1

這是為什麼呢？

這是因為光從真空進入任何其他介質時

光速都會變慢

由先前學到的

n12等於n1分之n2等於v2分之v1式子中

可以知道任何介質絕對折射率等於v分之C

由於光在非真空下的光速都會變慢

因此光在真空的速度

與光在任意介質的光速比值

都會大於1

最後

我們也可以歸納出

折射率越大的介質

光在此介質中的速度越慢

相反地

折射率越小的介質

光在此介質的速度越快

折射率也可以作為光在介質中行進的難易程度呢

想一想

下列有關折射率的概念

何者錯誤？

接下來讓我們回到片頭的問題

你知道答案了嗎？

視力正常的人進入水中後視線變模糊

這是為什麼呢？

我們都知道

人可以看見物體

是因為有光線透過物體進入我們的眼睛

並成像在視網膜上

視網膜上的感光細胞

再將光線轉換成電子脈衝

電子脈衝隨著視神經傳遞至大腦

大腦處理訊號

建立影像

過程中

光線會先經過角膜

進入瞳孔

抵達水晶體

角膜和水晶體將光線折射聚焦在視網膜上

水晶體裡頭有半流動、透明膠狀物質

其折射率與水的折射率相當接近

因此光線偏折程度就會變小

導致光線聚焦效果變差

因此視力正常的人下水後

視線就會變模糊喔

讓我們來回顧一下今天的重點

光線在不同介質下的偏折程度大小

我們稱為折射率

利用光速的比值來決定兩介質的折射程度

介質2對介質1的相對折射率為

n12等於n1分之n2等於v2分之v1

我們定義真空的折射率為1

其他與真空相對的介質其折射率稱為絕對折射率

任何介質絕對折射率

n等於v分之C

由於光在非真空下的光速都會變慢

因此任意介質的絕對折射率都大於1

你有看過這樣的魔術嗎？

裝滿水的容器中

居然有一個物體可以停在水中

而不會上浮到水面

難道是因為這個瓶子被施予魔法咒語了嗎？

若我們將這魔法瓶裡的水倒出來

你發現了嗎？

裡面居然有一顆一顆圓圓透明的小珠子

沒錯

那就是吸飽水分的水晶寶寶

那為什麼在把水倒光之前

整個瓶子的水晶寶寶都消失了呢？

思考一下吧

回顧一下先前影片中你學習到的知識

你就可以破解這個魔術的秘密了

沒錯

這是因為吸飽水的水晶寶寶

其折射率與水相近

因此加水後的瓶子

看不出來有水晶寶寶的痕跡

我們才會以為東西可以靜止在水中

不會往上浮動

知道這個小知識後

快去準備實驗器材及裝置

成為一位令人驚奇的魔法師吧

我們下次再見囉

bye bye