【閒聊】高中物理[幾何光學]的問題...懂物理的人能幫我解答嗎?

[nick2100]

最近教到幾何光學，關於光的反射有些問題，
問不同的老師有不同的答案...不知道該聽誰的?
有興趣的人就請幫我解答囉!

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當光線由水中射向空氣時，當入射角等於臨界角的時候，
折射光會延著水面射出。
延著水面射出，他會怎麼走呢?

推測1.
根據光的可逆性，他會折射到水裡，而且折射角等於臨界角，就等於題目中的光
的路徑逆推回去一樣。

推測2.
由於該光束洽在水面的地方平行水面射出，不產生折射現象。
水面上的光就像普通的光在空氣中走一樣，水面下就如同普通光在水中走，
光依然平行水面前進，但是水面上下速度不一樣。

推測3.(這是一個美國某大學碩士畢業的老師說的)
上面兩種推測都是過度理想化。
實際上，反射的現象是漸進式的，就算垂直從水中射入空氣，也有約1%的反射。
入射角慢慢增大，反射的光線愈來愈多，到達臨界角的時候，
約99%的光線都已被反射回水中，而課本上畫的平行水面的光束，
約只有原來光源的1%。也就是說，大部分的光還是遵守可逆性。


到底哪個才正確呢?

[it5606]

高中教的應該是推測1.
根據光的可逆性，他會折射到水裡，而且折射角等於臨界角，就等於題目中的光
的路徑逆推回去一樣。

[nick2100]

剛剛拿了破爛的設備實驗了一下....
較接近推論2，更接近推論3耶!
我用透明方形塑膠罐，裡面裝洗澡水(膠體溶液會有廷德爾效應，較好觀察)
然後用雷射光筆照來照去

果如推論三，反射是漸進式的。不是剛好到哪個角度突然全部反射。
不過由於實驗器材破爛，我沒有找到所謂的臨界角。
倒是平行水面的雷射光...沒有看到折射進水裡的情形。這點比較像推論2。

[ET.]

你可以到這裡看看，這是科學模擬教學動畫，每個圖都可以用滑鼠去操作..
http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/index.html 光的折射或全反射形成的像
這是個非常有意思的科學模擬教學動畫.....

http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/physlets/index.html Physlets java 動畫

[nick2100]

的確很好玩的模擬實驗! Thanks a lot!