6.1 Refraction of Light

 
 

 

  

 

 

PHYSICS Form 4

 

6.1:  

Refraction  

  of Light 

  0
 

 

  6.1 Refraction of Light

 
 

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  

Learning Standard: 

Pupils are able to: 

 describe refraction of light. 
 explain refractive index, n. 
 conceptualize Snell’s Law. 
 experiment to determine the refractive index, n for glass block or perspex. 
 explain real depth and apparent depth.  
 experiment to determine refractive index of a medium using real depth and 

apparent depth.  
 solve problems related to refraction of light. 

 
 
 1

  6.1 Note 
 

 

1.  Refraction of light occurs due to the change in light velocity when traveling 
through mediums of different optical density such as Figure 6.1. 

 

                                    Figure 6.1 Refraction of light 

i 

r

 

  .                              Figure 6.2 (a) Refraction of light from air to water ( i > r ) 

2. Diagram 6.2 (a) shows the beam of light bending toward the normal line when light 
propagates from a low optical density (air) to a high‐density medium (water). This is 
because the speed of light decreases as light travels from less dense medium to 
denser medium 
 
Angle of refraction, r < Angle of incident, i 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 2

 
 

 
  Incident ray

 
  Normal 
 
 
Glass  block 
 
Air   
 
 
  refracted ray 

                     Figure 6.2 (b) Refraction of light from glass block to air ( i < r ) 

3. The refractive index, n determines the degree of bending of the flow of light when 
light travels from vacuum to a medium. 

           Refractive index, n = ratio of speed of light in vacuum to speed of light in 
medium 

                                               = speed of light in vacuum =    c 
                                                   speed of light in medium      v 
 
            That is, c = 3.0 x 108 m s‐1 

4.  According to the law of refraction, when light travels between two mediums: 

  The incident ray , refracted ray and normal meet at one point and are in the 
same plane. 

 Snell’s Law 

 

 

Figure 6.3 Law of refraction of light 

 

 
 
 3

 
 

5. Relationship between the refractive index of a medium, n, real depth, H and 
apparent depth, h is:  

 
                                  n =    real depth       =     H  
                                        apparent depth         h 

 

 

 
  Air

  Water  Position of 
  image of fish 
                                                       Actual Position 
of fish

                                                              Figure 6.4 Effect of refraction of light 

          The situation in Figure 6.4 occurs when light rays from the fish travel from water to air, 
light is refracted away from normal. 

           The effect of refraction of light causes the image of be closer to the surface as seen by 
an observer. 

    Figure 6.5 (a)  Position of image of diver from   Figure 6.5 (b) Position of image of    
  4

 

 

 

 

 
 
 

 
 

6.  Example: 

When a coin is observed in a beaker containing a solution, the image of the coin 
appears at a height equal to 2/7 in depth.  
What is the refractive index of the solution? 

  Solution

 

 

 

  Image of coin
 

  

  Coin 
                                                                   Figure 6.6  

 

                Solution : 

               Based on Figure 6.6, 

               Apparent depth, h = H  ‐ 2/7 H 

                                                  = 5/7 H 

 

               Refractive index of solution ,n =    H 
                                                                           h 
                                                                     =       H 
                                                                            5/7 H 
                                                                     =    7 
                                                                           5 
                                                                     =  1.4    ( note: answer must in decimal) 
 

 

 

 

 

 

 
 
 5

  6.1 MIND MAP
 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

  

  

 
 
 6

  6.1 FAQ
 
  Questions and Answers
  What is the cause of refraction of light?
 
No Refraction  is the phenomenon of bending of  light at the boundary of two 
1Q mediums.  Refraction  occur  due  to  the  change  in  velocity  of  light  when 
travelling through mediums of different optical densities. 
A   
What are the laws of refraction of light? 
2Q  
  Laws of refraction state that: 
A 1. The incident ray, refracted ray and normal meet at one point and are in 

3Q the same plane. 
A 2. The ratio of the sine of the angle of incidence and sine of the angle of 

4Q refraction is constant. 
A
Where is Snell's law used? 
5Q  
A In optics, the law is used in ray tracing to compute the angles of incidence or 
refraction,  and  in  experimental  optics  to  find  the  refractive  index  of  a 
6Q material. 
A  
What is the formula of refractive index? 
   
  Refractive index is also equal to the velocity of light in vacuum (c) is  divided 
  by its velocity (v) in a substance, or n = c/v. 
   
  What are effects of refraction? 
   
Pool of water appears less deep than it actually is. If a lemon is kept in a glass 
of water it appears to be bigger when viewed from the sides of glass.  
 
What are the applications of refraction of light? 
 
Refraction  has  many  applications  in  optics  and  technology.  A  lens  uses 
refraction to form an image of an object for many different purposes, such 
as magnification. A prism uses refraction to form a spectrum of colors from 
an incident beam of light. 
 

 

7

  6.1 EXERCISE 
 

 

SECTION A 

1.  Diagram 1 shows the pencil as seen through a glass. 
 

Diagram 1   
 
Which light phenomenon is applied? 

 [MENGETAHUI]

  A  Reflection 
  B  Refraction 
  C  Interference 
  D  Diffraction 
 

2.  Diagram 2 shows a light ray propagating from air to medium X. 

Diagram 2   

 

Calculate the refractive index of medium X. 

[MENGAPLIKASI KUANTITATIF]

  A  1.25  C 1.49

 

  B  1.31  D 1.56

    

 

 

 

 
 
 8

 
 

3.  Diagram 3 shows a ray of light travelling from medium P to medium Q. 

Diagram  3   

 

Which statement is correct? 

 [MEMAHAMI]

  A  The light refracts towards normal as it enters medium Q 

  B  Medium Q is denser than medium P

  C  The light travels faster as it enters medium Q 

  D  The incident angle is greater than the refracted angle 

 
4.  Diagram 4 shows a beam of light entering a rectangular glass block. 

420

690

Diagram 4   

 

What is the refractive index of the glass block? 

 [MENGAPLIKASI KUANTITATIF]

  A  0.69  C  1.40 

  B  0.72  D  1.52 

 

 

 

 
 
 9

 
 

5.  The diagram 5 shows a light ray directed into a glass block.

Diagram 5   
[MENGETAHUI]
Which is the angle of refraction? 
Water 
 
 

SECTION B

6  a)  Diagram 6.1 shows a ruler appeared bend in water. 
 

ruler 
 

Diagram 6.1    

  
  (i)  Name the light phenomenon involved. 

[MENGETAHUI]
 
  …………………………………………………………..……………………………………………………………………...

                [1 mark]
  
  (ii)  Explain how the light phenomenon in 6 (a) (i) happened. 

 [MEMAHAMI]

  …………………………………………………………………………………………………………………………………... 
                [1 mark]

  

 
 
  10

 
 

  (b)   Diagram 6.2 shows a fish as seen by him in water. His shooting does not hit the 
fish.  

Image of a fish 

Diagram 6.2 
  (i) Give one reason why his shooting fails to hit the fish. 

  [MEMAHAMI]

  …………………………………………………………..……………………………………………………………………...
                [1 mark]

  
           On Diagram 6.2  

 
  (ii) Draw two light rays to determine the actual position of the fish. 

 
[MEMAHAMI]

              [2 marks]    
 
          (iii) mark with X the actual position of the fish. 

 
[MEMAHAMI]

    [1 mark]  
  
  (d)  The speed of light in air and in water are 3.0 x 108 m s – 1 and 2.25 x 108 m s – 1 

respectively. 
  

Calculate:  
[MENGAPLIKASI KUANTITATIF]

  (i)   the refractive index of water .
 
 
 
        [1 mark]

 
 
  11

 
 

  (ii)   the real depth of fish in water when the apparent depth is 1.8 m.  
 
 
 
 
 
 
 
 
  [2 marks]

  
7  Diagram 7.1 shows a ray of light, PQ, incident on the air‐glass boundary of a glass 

block. QR is the path of the ray in the glass block. 
 

.   
 
 
 
 

Diagram 7.1 
 
  (i) The light ray is bent after entering the glass block. 
     What is the name of this phenomenon? 

 [MENGETAHUI]
  …………………………………………………………..……………………………………………………………………...

                [1 mark]
  
  (ii) Calculate the refractive index of the glass block.

 [MENGAPLIKASI KUANTITATIF]

  [2 marks]
12
 
 
 

 
 

  (iii) Draw, in Diagram 7.1, the light ray that emerges from the glass block 
 [MEMAHAMI]
[1 marks]

  
  (b)    Diagram 7.2 shows a man sitting on the bank of a pond. 

In the pond, a large rock lies between a fish and a can. 
 

Diagram 7.2   

 

  On Diagram 7.2; 

 

  (i) Draw a light ray to show how light from the can reaches the man’s eyes.  

Mark the apparent position of the can as seen by the man.  

What is the phenomenon that enables the man to see the can? 

[MEMAHAMI]

…………………………………………………………………………………………………………………………… 
 [2 marks]

 
  (ii) Draw a light ray to show how light from the can reaches the fish’s eyes.  

Mark the apparent position of the can as seen by the fish.  
What is the phenomenon that enables the fish to see the can? 

[MEMAHAMI]

…………………………………………………………………………………………………………………………… 
 [2 marks]

 

 
 
  13

   6.1 QR CODE 
 

 

6.1 Refraction of light 

Title  link  QR CODE 
 
Refraction of Light 1  https://youtu.be/gC2kxXhnfGk   
   
 
 

Refraction of Light 2  https://youtu.be/sBb5WUw2_2I   
   
 
 
 
 

Refraction of Light in  https://youtu.be/TLy_1Q53YLo 

Glass Slab using   

Laser Light 

REINFORCEMENT  https://drive.google.com/file/d/14y4jdSb_p  
TEST  OsINWIEup5tMgtOUu27x0P9/view?usp=sh     
aring    
 
 

ANSWER   https://drive.google.com/file/d/15KNRu36k  
REINFORCEMENT  eYbKrw2uodqP_CUXS4Dx‐
TEST  qGb/view?usp=sharing  
 
 
 
 

  14
 
 

 

  6.1 ANSWER

 

 

SECTION A 

No  ANSWER 
1  B 
2  D 
3  C 
4  C 
5  B 
 

SECTION B 

 

6  a)  i)   Refraction 
   ii)  The velocity of light changes 
  b)  i)  Because he shoots at the image of the fish
   ii)    
iii) 

  c)  Shoot perpendicular to the top of the image 
  d)  i)  (3 x 108) / 2.25 x 108) = 1.33 
   
      ii)  1.33 = D/1.8 
7.  a)          D  =  2.394 m 
  
(i) Refraction of light
  (ii) Angle of incidence, i = 45°
Angle of refraction, r = 90° ‐ 62° = 28° 
Refractive index, 
n = sin i / sin r 
    = sin 45°/ sin 28° 
= 1.51 

  15