物理好文-反射定律、折射定律、全反射

今天我們要介紹的是幾何光學當中的反射定律、折射定律，以及全反射。

反射定律

首先我們先介紹反射定律，當光從A介質斜射到B介質界面上的時候，而B介質界面是處於光滑而且不透明的狀態，此時光會折射回A介質。我們稱這種情況為光的反射（反射定律）。

以下我們透過圖形來解釋。

折射定律示意圖

在圖形當中，有一條從外部射進來的線，我們稱為入射線；另一條從反面射進來的光線，我們稱為反射線，中間的虛線則稱為法線。

由入射線與法線所形成的角度，我們稱它叫做入射角。同理，由反射線與法線所形成的角度就稱為反射角（或稱折射角）。（相關符號可參閱圖形）

入射角、法線、反射線三條線必定在同一個平面上，且入射角反射角必定相等。

折射定律（斯乃爾定律）

接下來，我們進一步介紹折射定律。

當光從A介質斜向的方式進入B介質的時候，光線因為進行的方向而發生了改變，我們就稱之為折射定律。

這個定律有三個重點：

1.入射光線、折射光線、法線必須在同一個平面上（同反射定律）。

2.入射角與折射角的正弦函數比值為一定值。

3.折射光線與入射光線相互可逆。

接著，我們透過公式，進一步的說明：

折射定律（斯乃爾定律）公式

符號說明：

n代表折射率，nBA表示B相對於A折射率，nA表示為A的折射率；nB則為B的折射率。

c代表光在某介質的速率，cA代表光在A的速率，cB代表光在B的速率。

最後，我們用圖形來表示不同的狀況：

圖例（一）

這個圖形中，我們發現入射角明顯大於折射角，因此也得知nA<nB。

圖例（二）

這張圖片恰好相反，折射角>入射角，因此也得知nA>nB。

全反射

最後，我們要來介紹全反射。

光由密介質進入到疏介質的時候，折射角>入射角，隨著入射角的增大，反射角也會隨之增大；當入射角增大到某一個角度，那麼反射角會剛好等於90度。此時呢光線會全部反射回密介質，此現象稱為光的全反射。

透過公式做進一步說明：

全反射公式

剛剛提到，當入射角到達的一個臨界值時，反射角恰巧等於90度，因此會是nB/nA，且nA>nB。

臨界值算法詳見公式。

最後，用圖形解釋：

這個圖形跟反射定律有點相似，實際上它也是遵守反射定律的。

以上，就是反射定律、折射定律、全反射的介紹，謝謝您的收看！