什麼是司乃耳定律?
司乃耳定律(Snell's Law,又稱折射定律)描述光線從一種透明介質進入另一種光密度不同的介質時,路徑如何發生彎折(折射)。它將入射角 θ_1、折射角 θ_2 與兩介質的折射率 n_1、n_2 連結在一起:
n_1 · \sinθ_1 = n_2 · \sinθ_2
本計算機可求出折射角 θ_2,並在光由光密介質射向光疏介質時,一併計算出臨界角。
如何使用本計算機
請依序輸入光線一開始所在介質的折射率(n_1)、自界面法線量起的入射角 θ_1(0~90°),以及光線進入的介質折射率(n_2)。計算機便會回傳折射角 θ_2。若幾何條件使 \sinθ_2 大於 1,代表沒有折射光線可以射出,結果會標示為「全反射」。
公式詳解
將司乃耳定律移項後可得
θ_2 = \arcsin≤ft(((n_1 · \sinθ_1) ÷ (n_2))\right)
當 n_1 < n_2 時,光線會偏向法線;當 n_1 > n_2 時,則偏離法線。若 n_1 > n_2,便存在一個臨界角 θ_c = \arcsin≤ft(((n_2) ÷ (n_1))\right)
當入射角超過此值,光線會發生全反射——這正是光纖傳輸的基本原理。
實例演算
光線以 30° 的入射角,從空氣(n_1 = 1.00)進入水中(n_2 = 1.33)。則
\sinθ_2 = ((1.00 × \sin 30°) ÷ (1.33)) = ((0.5) ÷ (1.33)) ≈ 0.3759
故 θ_2 = \arcsin(0.3759) ≈ 22.08°。如同進入光密介質時所預期的,光線確實偏向法線。
使用注意事項與精準校對原則(6 大核心守則)
📐 1. 嚴格對齊輸入量綱與單位
輸入各項數值時請務必確認量綱(例如小時、天數、金額、百分比),避免單位不匹配引發推算偏差。
🔒 2. 純前端本機毫秒級隱私保障
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📊 3. 符合公認學術與產業計算模型
演算法嚴格遵循國際通用數學公式與標準計算模型,經多重情境交叉核對,數值嚴密精確。
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🛡️ 6. 專業諮詢與日常參考免責聲明
本工具運算結果供日常排程、學業研習與事前參考之用,如涉及重大法規或投資決策請諮詢持證專家。
常見問題 (FAQ)
常見材料的折射率是多少?
真空 ≈ 1.0000、空氣 ≈ 1.0003、水 ≈ 1.33、玻璃 ≈ 1.5、鑽石 ≈ 2.42。
為什麼會出現「全反射」?
當光由光密介質射向光疏介質,且入射角超過臨界角時,\(\sin\theta_2\) 會大於 1,方程式沒有實數解,因此光線會完全反射回原介質。
角度是從界面表面量起的嗎?
不是——\(\theta_1\) 與 \(\theta_2\) 都是從界面的法線(與界面垂直的方向)量起。