專技高考-醫事放射師醫學物理學與輻射安全107 年第 35 題單選題
對小角度斜向入射(oblique incidence)超音波而言,若介質二之波速為介質一之兩倍,則其穿透角(transmission angle)大約是入射角(incidence angle)的多少倍?
B正確答案
超音波斜向入射遵守司乃耳定律,波速加倍時穿透角約為入射角的2倍。
為什麼答案是 B
依司乃耳定律 sinθt/sinθi = v2/v1。小角度近似下 sinθ≈θ(弧度),故 θt/θi ≈ v2/v1 = 2v1/v1 = 2 倍,正解。
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完整詳解
Pro · 無限重點 超音波斜向入射遵守司乃耳定律,波速加倍時穿透角約為入射角的2倍。
Snell定律:sinθt/sinθi = v2/v1。小角度近似 sinθ≈θ,故 θt/θi ≈ v2/v1 = 2。
逐選項分析
A✕ 陷阱
0.5 是把波速比例倒過來算的結果。介質二波速「較快」會使折射角「變大」而非變小,方向搞反才會得到 0.5,是典型陷阱。
B✓ 正確
依司乃耳定律 sinθt/sinθi = v2/v1。小角度近似下 sinθ≈θ(弧度),故 θt/θi ≈ v2/v1 = 2v1/v1 = 2 倍,正解。
C✕
4 倍可能誤把波速比例平方(如同強度衰減的概念)所致。角度與波速為一次正比關係,不需平方。
D✕
6 倍無對應物理關係,純干擾選項,與司乃耳定律推導不符。
超音波斜向入射司乃耳定律
| 關係式 | 公式 | 小角度近似 | 本題結果 |
|---|
| 折射定律 | sinθt/sinθi = v2/v1 | θt/θi ≈ v2/v1 | v2=2v1 → 2倍 |
| 波速較快介質 | 折射角變大 | 穿透角>入射角 | θt≈2θi |
最常見錯誤是把 v2/v1 與 v1/v2 弄反,導致選 0.5。記住:超音波進入「波速較快」的介質,折射(穿透)角會「變大」,遠離法線。波速比與角度比成正比,是分子分母方向問題。