光的反射与折射课件

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,*,*,第,6,章 波,6-1,波的性質,6-2,光的本質說,6-3,光的反射與折射,6-4,光的波動現象,波 的 性 質,1.,波動的現象：,石子落入水中形成漣漪。,繩子的一端上下振動，形成脈動傳播。,將彈簧前後壓縮，形成疏密部向前傳遞。,一、波的認識,2.,波動的性質：,波動是一種質點的集體動作，波所傳播的不是質點而是能量，而質點只是在原處附近振動。,波在同一介質中具有相同的波速，與質點振動速度及振幅無關。,波動在同一介質中傳播時，波形保持不變。,波有反射、折射、干涉、繞射及偏振等現象。,3.,波的種類：,(1),依是否需要介質來傳遞：,力學波：需借介質來傳播的波動。本章所討論的皆為力學波。,非力學波：不需介質來傳遞的波動，如電磁波、重力波等。,(2),依介質的振動方向來區分：,橫波：介質的振動方向與波的前進方向垂直。,縱波：,介質的振動方向與波的前進方向平行。,註：水波傳播時，水分子運動的軌跡近似圓周，故水波不是單純的橫波或縱波，而是混合波，如下圖。,例題：,如圖示，一正弦的波動沿彈簧向右前進，則 如圖之瞬間：,(1),哪些點的位移向下？,(2),哪些點的速度方向向上？,(3),哪些點的瞬時速率最大？,(4),哪些點是瞬間靜止的？,A,B,C,G,D,E,F,答：,(1) DEF,(2) CGD,(3) G,(4) BE,例題：,考慮一繩上沿,+x,方向傳播的脈波，在時間,t = 0s,時的波形如圖所示。假設繩上的波速為,20m/s,，考慮繩上,P,點的運動，其坐標為,x = 30m,，下列敘述何者正確？,(A) P,點將朝,+y,方向移動,(B) P,點將朝, y,方向移動,(C) P,點在,t = 0.5s,時的位移最大,(D) P,點在,t = 1.0s,時的位移最大,(E) P,點在,t = 0.5s,時，沿,+y,方向的速度為,20cm/s,。,答案：,A D,1.,週期列波：,一細繩連接於鉛直振動的彈簧，可產生正弦的週期列波。,振幅,A,：,質點振動時與其平衡位置的最大距離。,週期,T,：,質點完成一次振動的時間。,頻率,f,：,單位時間內振動的次數。,f = 1 / T,波長,：,波動經過一個週期所行進的距離，亦即相鄰 兩波峰或相鄰兩波谷之間的距離。,波速,v,：,由波長的定義可知,v,/T,f,2-2,週期波,例題：,波列很長的四個橫波，都沿正,x,軸方向傳播，若,x,軸上,O,與,P,兩點間距離為,L,，在時間看到此四個波的部份波形分別如圖的甲、乙、丙及丁所示，其波速分別為,4v,、,3v,、,2v,及,v,。則下列敘述中哪些正確？,(A),頻率大小依序為丁,丙,乙,甲,(B),甲與丁的週期相同，乙與丙的頻率相同,(C),甲的波長是乙的兩倍，乙的波長則是丁的兩倍,(D),在時間後，,O,點最早出現下一個波峰的是乙,(E),在時間後，,O,點最早出現下一個波谷的是丙,【96,指考,】,答案：,BCDE,例題：,右圖所示的實線為某向左行進的橫波在,t,0,秒時的波形，而虛線則為,t,1,秒時的波形，已知橫波的週期為,T,，且,0.7,秒,T,0.9,秒，則：,(1),振幅為何？,(2),波長為何？,(3),週期為何？頻率又為何？,(4),波速為何？,(5),在兩秒內，,A,、,B,、,C,、,D,四個質點移動的路徑長各為何？,答案：,(1) 2,公尺；,(2) 8,公尺,(3) 1.25 Hz,；,(4) 10,公尺,/,秒,(5) 20,公分,1.,水波槽實驗：,右圖所示的水波槽實驗裝置是觀察水波性質的利器，圖中以小馬達驅動的長條木棒，可產生直線波；棒上另裝的小塑膠球在觸及水面時，可作為點波源，產生圓形波。強光源裝置在水波槽的上方，在槽下方放置一張白紙，入射光將水波的影像投射在白紙上，可以方便地觀察水波的傳播情形。,水波槽實驗裝置,二、水波,下圖,(a),所示的照片為當水波槽內產生直線週期波時，在某一時刻槽下方白紙上所顯示的影像。水面上的凸起處能會聚光線，在白紙上顯現亮紋；凹下處發散光線，顯現暗紋。,(a),(b),(c),2.,波前：,(1),將振動位置相同的點所連起來的線或面稱為波前。,例：上頁圖,(a),中的亮紋中心為同一時刻相鄰波 峰的連線，暗紋中心為同一時刻相鄰波谷的連線。,上頁圖,(b),為點波源所產生的週期圓形波，波沿向外輻射的方向行進（波前為圓形）。,(2),波的傳播方向與波前互相垂直,例：水波的相鄰波峰連線為一波前，由觀察可知波 的行進方向和波前垂直。,(a),(b),反射定律：,入射線與反射線在法線兩側，且三線共平面。,入射角等於反射角。,水波的反射：,(a),(b),4.,水波的折射：,深水區：波長較長，波速較快。,淺水區：波長較短，波速較慢。,折射定律：,入射線與折射線在,法線兩側，且三線,共平面。,5.,水波的繞射與干涉：,(1),繞射：繞射是波動的一種現象，當水波行進時，若遇到障礙物，仍可繞過阻礙而出現，也可以通過空隙後，往各方向傳播，此現象稱為波的繞射；當波長與障礙物或空隙大小相近時較容易觀察到繞射的現象，如下圖,(a)(b),。,(a),(b),a.,同樣障礙物，波長較長繞射較明顯。,b.,同樣開口，波長較長繞射較明顯。,c.,同樣波長，開口較小，繞射較明顯。,繞射是否明顯與波長,和障礙物或開口的尺寸,d,有關，,(2),干涉：沿同一直線往返傳播的波動能夠互相疊加。兩個以上的波在二維以上的介質或空間中傳播時，也會互相疊加，稱為干涉。例如水波槽中有兩個波源同時振動時，在水波槽中會看到明暗相間的干涉條紋，如下圖,(c),。,(c),例題：,在水波槽實驗時，如右圖所示的直線形入射波（虛線代表之）遇到直線形障礙物後，哪一條直線最能代表反射波的波形？,答案：,例題：,如,右,圖是一直線形水波遇障礙物反射的情形，已知入射波前與反射面成,40,，則反射波波前與反射線方向，下列何者正確？,(A),(B),(C),(D),答案,：,D,(A),造成這種水波行進方向偏折的原因是因為水波速率的改變,(B),甲區是淺水區，乙區是深水區,(C),甲區是深水區，乙區是淺水區,(D),入射角為,45,，折射角為,60,(E),入射角為,45,，折射角為,30,例題：,水波中之脈動自甲區傳至乙區，如右圖所示。已知甲區脈動之波前與兩區界線所成角度為,45,；又乙區脈動之波前與界線所成角度為,120,，則下列敘述何者正確？,答案：,ABD,例題：,一直線波列在水波槽中前進，在深淺不同的,A,、,B,介面處發生折射，已知入射波的波前與介面夾角為,60,，折射波的波前與介面夾角為,30,，則下列敘述哪些正確？,(A),入射角為,60,(B),入射角為,30,(C),折射角為,30,(D) B,為淺水區,(E) A,為淺水區,答案,：,ACD,例題：,下列作水波繞射時，缺口寬度,w,，長度，何者,最不顯著,？,(A) w,5 cm,，,5 cm,(B) w,5 cm,，,7 cm,(C) w,4 cm,，,10 cm,(D) w,10 cm,，,5 cm,(E) w,10 cm,，,8 cm,答案,：,D,例題：,抖動繩子兩端形成繩波，當兩繩波交會時，會因干涉而產生不同的波形，則有關波的干涉，下列敘述何者正確？,(A),兩波互相疊加時，其合成波振幅必變大,(B),兩波互相疊加時，其合成波振幅必變小,(C),兩波互相疊加時，其波形必相消,(D),兩波互相疊加時，其波形必相長,(E),兩波交會後，其波形不變,答案：,E,例題：,如右圖，兩相同而上下顛倒的半圓形波相向運動而重疊時，經過一極短時間後，下列敘述何者正確？（位移以上為正）,(A),兩波重疊時,A,點位移為零,(B),兩波重疊時,A,點位移為正,(C),兩波重疊時,B,點位移為零,(D),兩波重疊時,B,點位移為負,(E),兩波重疊時,C,點位移為零,答案,：,E,聲波的產生：,物體因振動對介質產生擾動，使周圍空氣分子在其平衡位置振動，產生疏密的波動。,聲波必須依靠介質的擾動來傳送能量，屬於力學波的一種。,聲波傳入人耳，使鼓膜產生同頻率的振動，即可聽到聲音。,取一內有空氣的長管子，管的左端有一揚聲器，其皮膜作週期性的前後振動，使氣體受壓縮而產生空氣分子有疏密分布，藉空氣分子間碰撞，使此疏密分布向前傳播，故縱波又稱為疏密波。,三、聲波,聲波的傳播速率：,聲波在介質中的傳播速率，稱為聲速。,在不同介質與溫度下，聲速大小不同。,一般而言，在不同的介質狀態中其聲速大小順序為： 固體,液體,氣體。,在乾燥無風的空氣中，,0,的聲速約為,331m,s,。氣溫每升高,1,，聲速約增加,0.6m,s,，則空氣中聲波傳播速率,v,隨溫度,t,（）的變化可寫成,3.,聲波的反射：,(1),回聲：聲音在傳播的過程中，有一部分會被吸收，有一部分會被障礙物彈回來，被彈回來的稱為回聲。,遵守反射定律。,反射聲波的波速、頻率、週期、波長與原入射聲波,相同。,振幅可能改變。,回聲與原聲必須相隔約,0.1,秒以上，人耳才可能察,覺。,應用：,(a),聲納：在水中發出聲波，利用反射波傳回的時,間長短，船舶可以測出海水深度。,(b),醫療：可利用頻率大於,20000Hz,的聲波來掃瞄,胎兒的位置。,例題：,某人站在一面大磚牆前,80,公尺處，以木槌敲擊木塊，每當聽到磚牆反射的回聲時，立即再次敲擊。若第,1,次敲擊與第,21,次敲擊的時間間隔為,10,秒，則當時的聲速約為多少公尺秒？,【,91.,學測補考】,(A) 160,(B) 180,(C) 320,(D) 340,(E) 360,答案,：,C,4.,人耳的聽覺頻率範圍：,一般人所能聽到的聲波範圍為,20,赫茲至,20000,赫茲，稱為可聞聲。,頻率小於,20,赫茲的波,聲下波（次聲波）,頻率大於,20000,赫茲的波,超聲（音）波,超聲波應用：,(a),清洗：超聲波可用來清洗眼鏡、珠寶、首飾,及精密儀器,(b),醫療：超聲波可用來掃瞄胎兒的位置，亦可,用來擊碎腎結石、腦部瘀血。,聲下波應用：許多自然災害如地震、火山爆發、龍捲風等在發生前都會發出聲下波，因此科學家常利用聲下波來研究天災及地質、大氣結構等。,5.,聲音的繞射：,因為聲波的波長比一般障礙物長度還大，所以容易繞過障礙物，稱為聲音的繞射。例：隔牆有耳。,6.,都卜勒效應：,都卜勒效應簡介,警車或救護車上的警笛，雖然在車子靜止或快速行駛時，其發出頻率都相同，但是如果聲源相對接近觀察者，則觀察者所聽到的聲波頻率（稱為視頻率）會升高；反之，如果聲源相對遠離觀察者，則視頻率會降低。,這種由於聲源與觀察者之間的相對速度，使觀察者接收到的聲波音調或頻率，與聲源實際所發出者不同的現象，稱為都卜勒效應，由都卜勒（,Johann Christian Doppler,，,1803,1853,，奧地利人）於,l842,年首先提出。,都卜勒效應分析,觀察者向靜止聲源移近,由於觀察者的運動，他在每單位時間所接收的波數會較靜止時多一些，因此視頻率變高了。,雖然聲波實際上的波速並沒有改變，觀察者所看到的波長（稱為視波長）也沒有改變，但視頻率變高，由,v,f,可知，觀察者所測得的波速（稱為視波速）會變大。,觀察者遠離靜止聲源,由於聽者的運動，觀察者在每單位時間所接收的波數會較靜止時少一些，因此視頻率變低。,雖然聲波實際上的波速並沒有改變，視波長也沒有改變，但視頻率變低，由,v,f,可知，視波速會變小。,聲源向靜止觀察者移近,由於聲源緊跟在前進的聲波後面，因而各波之間的距離縮短了，波長也因此減短了。,，但聲速,v,不變，故聽者收到的聲波頻率變高了。,聲源遠離靜止觀察者,由於聲源與前進的聲波反向而行，因而各波之間的距離增大了，波長也因此增大了。,，但聲速,v,不變，故聽者收到的聲波頻率變低了。,3,、都卜勒效應的應用,不只聲波，所有的波動都會有類似的都卜勒效應。,以光波為例，當光源與觀察者相對接近，則所見光,波的,頻率會增加，也就是說光的頻率會往較短波長的藍光方向偏移，因此這個現象稱為藍移。反過來，如果光源與觀察者相對遠離，則光波的頻率會降低，也就是說光的頻率會往較長波長的紅光方向偏移，此時稱為紅移。此現象可用於觀察和分析星球的運動，故都卜勒效應在天文學的研究中具有重要的地位。,測量棒球球速或汽車車速的測速槍，亦為都卜勒效應的應用。,例題：,一靜止的警車發出頻率為,2000,赫的聲波，距離警車,100,公尺的卡車以,50,公尺秒的速率朝警車而來，則下列,敘述何者正確？,(A),卡車司機可聽到比,2000,赫高的聲音,(B),當卡車與警車愈,接近，卡車司機聽到的聲波頻率就愈高,(C),卡車司機所測得,的聲速也加快,(D),卡車司機聽到的聲波頻率變高，是因為聲,波行進時的波長變短了,(E),當卡車經過警車後，以同樣速率遠,離警車而去，則卡車司機可聽到比,2000,赫低的聲音。,答案：,AC,例題：,有一波源向東運動並發出頻率，則觀察者所測得,(A),觀察者靜止於波源前方，測得波長變小,(B),觀察者靜止於波源後方，測得波長變大,(C),觀察者在波源前方，向波源前進，測得波長變大,(D),觀察者在波源前方，與波源同方向同速度前進，測得波長不變,(E),觀察者在波源正後方，向波源接近，測得波長變小,答案：,AB,若相對速度的大小不變，觀察者所聽到的頻率為定值。換言之，只要觀察者與聲源相對速度的大小不變，觀察者所聽到的視頻率與兩者的距離無關。,聲源靜止時，所發出的聲波波長與波速皆不變，觀察者所見的視波長亦不變，但視波速與視頻率會因為觀察者的運動而改變。,例題：,有一個喇叭靜置在操場的中央，其發出頻率為,f,，如右圖所示。有四個人分別靜止站在喇叭周圍的東西南北四個方位。當時有風從正東向正西方向吹，試問何者聽到的聲音頻率最高？,(A),小明,(B),小華,(C),小英,(D),小胖,(E),四人所聽到的聲音頻率皆等於,f,。,【,改自,94,大考中心預試試題,】,答案：,E,聲源與觀察者有相對速度時，才會發生都卜勒效應。,光 的 本 質 說,一、光的粒子學說：,由牛頓提出。,1.,光,微粒模型：,(1),光粒子體積極小，分佈甚為稀疏。,(2),光粒子間彼此不相互作用。,(3),光粒子速率極高。,(4),光粒子為完全彈性體，與物體的碰撞為完全彈性碰撞。,(5),光粒子質量極小，但仍受重力和鄰近物質分子之引力。,2.,以微粒說解釋光學現象：,(1),光的微粒說可以解釋,光的獨立性、光的直進現象、光的反射定律及光的折射,定律。,(2),微粒說解釋反射現象：,光粒子射到反射面時與反射面,作完全彈性碰撞，因此由動能,守恆與動量（平行於界面分,量）守恆得,(3),微粒說解釋折射現象：,當光粒子自真空中以速率,c,射向一介質表面並穿入介質內,以,v,的速率繼續行進時，,i,r,3.,光微粒說的困難：,(1),無法解釋介質界面所產生的部分反射與部分折射的現象。,(2),雖解釋了光的折射現象，但預測了在介質中的光速較真空,中大，後經實驗證實錯誤。,(3),無法解釋光的干涉和繞射現象。,法線,二、光的波動學說,由海更士提出，光為利用稱為 ”以太” 的介質傳播的波動。,海更士原理：波動的波前上每一點皆可視為一個新的點波源，以各新點波源為中心各自發出子波，所有子波的包絡面形成新的波前。可用來解釋波前的形成和波的傳播。,3.,光的波動說可解釋的光學現象,直進現象,光的獨立性,反射定律,折射定律,部分反射與部分折射,在介質中的光速比在真空中小,光的干涉與繞射,光的偏振現象。,4.,支持光的波動說的實驗,1801,年,楊格,發現光的干涉現象。,1801,年,夫瑞奈,與,佛郎何斐,研究光的繞射現象。,1850,年,富可,測量出水中光速小於真空中光速。,1864,年,馬克士威,建立了電磁波理論，並推算出在真空中電磁波速度與真空中光速相等，推論光為電磁波的一種。,1887,年,赫茲,作實驗證實電磁波的存在，並證明電磁波具有反射、折射、偏振等光的現象。,5.,光波動說的困難,1881,年美國人,邁克生,與,毛立,證明 “以太” 是不存在的。,無法解釋光電效應與,康卜吞,效應。,例題：,下列各種物理現象中，哪一種是不能夠以幾何光學的理論來解釋的？,【85.,推甄,】(A),針孔成像,(B),烈日下的樹影,(C),肥皂泡薄膜的五顏六色,(D),面鏡成像,(E),月食,答案：,光 的 反 射 與 折 射,一,、,光的反射定律,1.,光的反射：,光自一介質傳播至另一介質界面時，有部份或全部光線自界面返回原介質的現象。,2.,光的反射定律：,入射光線、反射光線和法線位在同一平面上（此平面稱為入射面），入射光線和反射光線位在法線的兩側。,入射角等於反射角。,單向反射：,一束平行光入射至一平滑的反射面，則反射光束也是平行光。,漫射：,一束平行光入射至一起伏不平的粗糙反射面，結果反射線往不同的方向射出。,3.,光反射的種類：,4.,光路徑的可逆性,二,、,平面鏡的成像,1.,物體經平面鏡反射後所成的像,大小與原物體相同。,上下不顛倒。,左右相反。,物距等於像距。,正立虛像。,平面鏡,如右圖，點光源,S,所發出之光線經平面鏡反射後，所有反射光看起來像是從鏡後,S,發出，,S,稱為,S,的像。,2.,實像與虛像,像：,物體發出的光線經反射或折射後會聚而成的圖形，稱為物體的像。可分成,實像：,光線實際會聚而成的像。,虛像：,非光線實際會聚，而由其反向延伸線會聚而成的像。,虛像,實像,(A),此人看到影像中自己衣服上的字是,bq,(B),此人看到影像中自己衣服上的字是,pd,(C),此人看到影像中自己衣服上的字是,qb,(D),此人看到影像中自己衣服上的字是,dp,(E),此人不可能看到自己的影像。,S,y,x,例題：,二平面鏡相交成,90,o,，垂直立於,xy,面（即兩鏡面支線沿,z,軸）。一人與鏡子同高，身上衣服印有,pd,字樣，站在圖中,S,的位置，朝兩鏡子的交線看去，則下列敘述何者正確？,S,答案：,(B),答案：,B,例題：,甲、乙兩個平面鏡相交成直角，一物位於鏡前，此物經平面鏡反射後的成像情形如右圖所示，三個虛像分別以像,、像,、像,表示。若眼睛自,P,處望向乙鏡，則總共能看見哪幾個像出現在乙鏡中？,(A),像,、像,、像,(B),像,、像,(C),像,(D),像,(E),像,【91.,學測補考,】,例題：,一教室的牆上有一平面鏡，右圖為其俯視圖。學生四位，甲、乙、丙、丁，在教室內排演話劇。當教師站在門口黑點的位置，四位學生分別位於圖中所示的位置，則教師由鏡中可以看到哪一位學生？,【,92.,學測補考】,(A),甲,(B),乙,(C),丙,(D),丁,答案,：,A,三、拋物面鏡與球面鏡,拋物面鏡,將一拋物線繞著主軸（即對稱軸）旋轉,180,o,，所產生的曲面稱為拋物面，以拋物面作成反射面的鏡子即為拋物面鏡。,拋物面鏡的幾何性質,任一平行於主軸的光線入射至拋物面鏡（凹面），其反射光線必定通過拋物線的焦點。,由光行進路徑的可逆性可知，若由拋物面鏡的焦點射出之光線，則經由鏡面反射的光線必定平行於主軸。,任,一平行於主軸的光線入射至拋物面鏡（凸面），其反射光線之反向延長線必會聚於虛焦點，簡稱為焦點。,光行進路徑的可逆性可知，若射向凸面鏡焦點之光線，則經由凸鏡面反射的光線必定平行於主軸。,反射式天文望遠鏡利用拋物面鏡會聚光線。,碟型天線相當於拋物面鏡，用以會聚遠方傳來的電磁波。,探照燈，將光源置於凹面拋物面鏡的焦點處，經鏡面反射後的平行光可以傳至甚遠處。,拋物面鏡的應用,凹面鏡成像作圖法則,平行於主軸的入射光線，其反射光線通過焦點。,通過焦點的入射光線，其反射光線平行於主軸。,通過球心,C,的入射光線，其反射光線循入射光線的反方向行進。,入射於鏡頂,O,的光線，其反射光線對稱主軸。,凹面鏡的成像（作圖法）,1.,物體在無窮遠處,像：,位置：焦點上,大小：一點,性質：實像,2.,物體位於兩倍焦距（曲率中心）外,像：,位置：鏡前兩倍焦距與焦距之間,大小：縮小,性質：倒立實像，物體速度大於像的速度,3.,物體位於兩倍焦距（曲率中心）處,像：,位置：鏡前兩倍焦距處,大小：與物同大小,性質：倒立實像,4.,物體位於焦距與兩倍焦距（曲率中心）之間,像：,位置：兩倍焦距（曲率中心）外,大小：放大,性質：倒立實像，物體速度小於像的速度,5.,物體位於焦點處,像：,位置：無窮遠處,大小：,性質：,6.,物體位於焦點和鏡面之間,像：,位置：鏡後,大小：放大,性質：正立虛像，物體速度小於像的速度,凸面鏡成像作圖法則,平行於主軸的入射光線，其反射光線的反向延長線通過焦點。,指向焦點的入射光線，其反射光線平行於主軸。,指向曲率中心,C,的入射光線，其反射光線循入射光線的反方向行進。,入射於鏡頂,O,的光線，其反射光線對稱主軸。,凸面鏡的成像（作圖法）,物體置於凸面鏡前,像：,位置：鏡後虛焦點與鏡面之間,大小：縮小,性質：正立虛像，物體速度大於像的速度,球面鏡成像性質,凹面鏡,凸面鏡,鏡後,鏡後,位置,虛實,正立,倒立,和實物相比的大小,像 物 移動 速率之比較,凹,面,鏡,無窮遠處,P =,焦點上,實,一點,物速,像速,球心外,P2f,球心與焦點間,實,倒,較小,球心上,P = 2f,球心上,實,倒,相等,物速,像速,球心與焦點間,fP2f,球心外,實,倒,較大,物速,像速,焦點上,P = f,無窮遠,焦點內,Pf,鏡後,虛,正,較大,物速,像速,鏡前,P0,鏡後,虛,正,較小,鏡前向鏡頂漸進,鏡後移向鏡面,虛,正,較小,平,面,鏡,鏡前,d,處,鏡後,d,處,虛,正,相等,物速,像速,鏡前向鏡面移近,鏡後移向鏡面,虛,正,相等,鏡別,物之位置,像之位置,與性質,例題：,取一個光亮的大湯匙舉在眼前，注視自己在湯匙凹面上的映像。當湯匙自鼻樑開始外移至遠處，此映像：,(A),一直保持正立,(B),一直保持倒立,(C),先是正立，後來變成倒立,(D),先是倒立，後來變成正立,答案：,C,例題：,利用凹面鏡欲得物體的放大實像，物體應置於凹,面鏡前？,(A),焦距內,(B),焦點上,(C),焦點與兩倍焦距之間,(D),兩倍焦距與四倍焦距之間,(E),四倍焦距外,答案,：,C,例題：,如右圖所示，正方形,ABCD,置於球心,O,與焦點,F,之間，則其所形成之像為,A B,D C,O,F,V,(A),在,FV,間，形狀為,A B,D C,(B),在鏡後，形狀為,A B,D C,(C),在,O,之左，形狀為,A B,D C,(D),在,O,之左，形狀為,C D,B A,(E),在,O,之左，形狀為,C A,B D,答案：,(D),例題：,下列有關凸面鏡的成像，何者正確？,(A),凸面鏡的成像是利用光的反射原理,(B),單一凸面鏡可得到放大的虛像,(C),凸面鏡所成的像，無法以紙屏呈像,(D),透過凸面鏡所作成之後視鏡，駕駛員所見物體之像較實,際為大,(E),在道路的轉彎處豎立的面鏡即為凸面鏡,答案,：,ACE,四、折射定律,光從一種介質進入另一種不同的透明介質時，在兩介質的界面上會發生部分反射和部分折射的現象,光從一種介質進入另一種不同的介質時，因速度的改變產生行進方向發生改變的現象稱為折射現象。,折,射現象：,入射線、折射線和法線均在同一平面上，且入射線和折射線分別在法線的兩側。,入射角和折射角的正弦值比值為一定值，即,折射定律（司乃耳定律）,物質的折射率等於光在真空和在該物質中傳播速率或波長的比值。,物質的折射率：,物態,介質,折射率,固體,瑪瑙,1.55,鑽石,2.42,玻璃,1.50,塑膠,1.3,1.4,冰,1.30,液體,苯,1.50,四氯化碳,1.46,乙醇,(,酒精,),1.36,甲醇,(,木精,),1.33,水（,20,o,）,1.33,氣體,空氣（,0,）,1.00029,介質對光的折射率,h,n,實深,h,：,物體的實際深度。,視深,h,：,觀察者測到的深度。,眼睛在物體的正上方看物體，則實深與視深的關係：,實深與視深,物,像（二）,像（三）,像（四）,像（一）,觀察位置（一）,觀察位置（二）,觀察位置（三）,觀察位置（四）,如果觀察者的位置不是在物體的正上方，則觀察到物體影像的深度也會隨著視線的角度產生變化，觀察視線與界面的法線夾角越大，觀察到的視深也越淺 ，如右圖所示。,觀察位置不在物體正上方之視深,例題：,一光線由介質甲經介質乙進入介質丙，光的路徑如右圖所示。若光在此三種介質中的速率分別為,v,甲,、,v,乙,和,v,丙,，則三者的大小關係為下列何者？,(A) v,甲,v,乙,v,丙,(B) v,甲,v,乙,v,丙,(C) v,乙,v,甲,v,丙,(D) v,乙,v,甲,v,丙,(E) v,乙,v,甲,v,丙,答案：,A,例題：,如右圖所示，一光線在水中沿,AO,入射至玻璃後，沿,OB,折射。下列敘述何者正確？,(A),若入射角增大，折射角也會增加,(B),若光改自,OB,入射，則會沿,OA,折射,(C),光在水中的速率小於在玻璃中的速率,(D),光在水中的頻率小於在玻璃中的頻率,(E),光在水中的波長等於在玻璃中的波長,答案,：,AB,例題：,將粗細均勻的金屬圓棒，插入盛水之圓形透明玻璃杯內。當人眼由杯外略高於水面的位置，透過水面與杯子側面觀看水中的圓棒時，圓棒看似折斷，粗細也不均勻。若以灰色線段代表看到的水中圓棒，則下列哪一圖是人眼看到的景象？,【92.,學測,】,(A) (B) (C) (D),答案：,A,例題：,游泳戲水是炎夏消暑的良方之一，但因無法準確判斷水深，有時導致溺水事件。若站在戶外游泳池旁，估計池水的深度，總會覺得池水比實際深度淺。此一錯覺主要源自於下列哪一項原因？,(A),光在水中的色散現象,(B),池底的反射光在水面的折射現象,(C),目光在水面的反射現象,(D),陽光在水面的反射現象,答案,：,B,例題：,將玻璃透鏡置於空氣中，若光線通過鏡心，則下列路徑何者正確？,【84.,推甄,】,(A) (B) (C) (D),答案：,C,凸透鏡使平行於主軸的入射光線會聚於焦點,F,，透鏡的左右兩邊的主軸上各有一個焦點，兩邊的焦距相等。,凹透鏡使平行於主軸的入射光線發散，但這些射出光線的延長線相交於同一點,F,，稱為虛焦點。,薄透鏡,透鏡的焦點,作圖法則：,平行於主軸的入射光線，折射後通過鏡後的焦點。,通過焦點的入射光線，折射後平行於主軸。,通過鏡心的入射光線，直接通過透鏡，沒有偏移。,薄凸透鏡的成像,凸透鏡的各種成像情形：,物,體置於無窮遠處，成像於鏡後焦點處。,物體位於凸透鏡前兩倍焦距以外，成像於鏡後焦點和,兩倍焦距位置之間，為縮小的倒立實像。,物體剛好位在鏡前兩倍焦距處，成像於鏡後兩倍焦距的位置，為一同大的倒立實像。,物體位於鏡前焦點和兩倍焦距位置之間，成像於鏡後兩倍焦距以外，為一放大的倒立實像。,物體置於焦點上，成像於無窮遠處。,物體位於鏡前焦點和透鏡之間，在鏡前形成一放大的正立虛像。,作圖法則：,平行於凹透鏡主軸的入射光線，則折射後射出光線的反方向延長線通過鏡前的焦點。,指向凹透鏡後焦點的入射光線，其折射後的射出光線平行於主軸。,通過鏡心的入射光線，直接通過透鏡，沒有偏移。,薄凹透鏡的成像,凹透鏡的成像情形：,物體位於鏡前焦點和透鏡之間，在鏡前形成一縮小的正立虛像，如左圖。物體的位置愈靠近透鏡，所成的虛像愈大（仍較原物體為小）且愈接近透鏡，如右圖。,凸透鏡,物體,位置,成像,實像或虛像,放大或縮小,正立或倒立,位置, p 2f,實像,縮小,倒立,2f q f,p = 2f,實像,同大,倒立,q = 2f,2f p f,實像,放大,倒立, q 2f,p = f,p f,虛像,放大,正立,鏡前,0,凹透鏡,物體,位置,成像,實像或虛像,放大或縮小,正立或倒立,位置,任何位置,虛像,縮小,正立,鏡前焦點內,薄透鏡的成像性質,例題：,有關單一面鏡或單一透鏡之成像，下列何者為正確？,(A),物體於平面鏡前，不論物距為何，所成之像均為虛像,(B),物體於凹面鏡前，不論物距為何，所成之像均為實像,(C),物體於凸面鏡前，不論物距為何，所成之像均為虛像,(D),物體於凹透鏡一側，不論物距為何，所成之像均為虛像,(E),物體於凸透鏡一側，不論物距為何，所成之像均為實像,答案：,ACD,(2),一物體置於透鏡前，而在另一側成實像。若將透鏡上半部遮住，則：,(A),僅成物體下一半的像,(B),僅成物體上一半的像,(C),不能成像,(D),仍成全部的實像，但亮度減低,(E),仍成全部的實像，亮度和不遮住時完全一樣,例題：,(1),設凸透鏡位置為,O,，焦距為,f,，在主軸上之一物體由無窮遠處慢慢接近此透鏡之焦點，則物體實像位置的移動情形為：,(A) O,f, ,(B), ,O,(C) f,2 f,(D), ,f,答案,：,(1),；,(2),7.,色散現象,色散結果：,白,光經稜鏡兩次折射後，各色光的偏向角依序為,色散現象：,白色光經稜鏡折射後分散成各種色光的現象，於,1666,年牛頓所發現。,色散原因：,色散的形成乃因稜鏡對各色光的折射率不同所致。即物質的折射率為波長或頻率的函數。,同一物質中各色光的折射率：,同一物質中各色光的速率：,結論：,白,光經稜鏡折射後，各色光的偏向角依序為,例題：,在水中同一深度處排列五種色球。由水面上方鉛直俯視下去，覺得置於最淺者為,(A),綠,(B),紫,(C),藍,(D),黃,(E),紅。,66.,日大,答案：,B,例題：,色散產生的原因是，光由甲介質進入乙介質時，,(A),其相對折射率為光波波長的函數,(B),光在其中一介質的,速率為波長的函數,(C),光的頻率發生變化,(D),其波長與頻率,的比值不變,(E),其速率與頻率的比值不變。,72.,日大,答案：,AB,虹：,陽光從水滴的上方射入，經兩次折射和一次內反射所生的色散現象。,紅光與陽光入射方向夾,42,o,角，紫光則為,40,o,角。,故紅光在外，紫光在內。,紫,紅,自然界中的色散現象,-,虹與霓,霓：,陽光從水滴的下方射入，經兩次折射和兩次內反射所生的色散現象。,紅光與陽光入射方向夾,51,o,角，紫光則為,54,o,角。,故紅光在下，紫光在上。,註：,(1),虹與霓的光線在水珠內的反射均非全反射,(2),霓的光線多經一次反射，故看起來較暗。,(3),霓在上虹在下。,例題：,太陽光照在水滴上產生彩虹是由於光在水滴中的,(A),反射,(B),反射及折射,(C),反射及干涉,(D),反射及繞射,(E),全反射及折射。,71.,日大,答案：,B,例題：,雨過天睛，在與太陽位置相對的天空處，有時會出現虹及霓。下列有關虹及霓的敘述何者正確？,(A),虹及霓都是日光經過水珠所產生的色散現象,(B),霓的光度較弱，因為霓的形成過程中，光在水珠內多經歷一次折射及一次反射,(C),虹的色彩中，紅色的仰角比紫色的仰角大,(D),霓的色彩中，紫色的仰角比紅色的仰角小,(E),水珠對紫光的折射率比對紅光的折射率大。,81.,日大,答案：,ACE,德國學者亥姆霍茲確立了光的三原色理論，大部分的顏色，均可經由紅、綠、藍三種色光，以適當比例混合而成，且這三種色光無法由其他單色光合成，故稱其為光的三原色。,光的三原色,1.,不透明物體的顏色：由物質選擇吸收後，所剩下反射的色光來決定。例如當太陽光（七色光）照射在物體上時，若：,(1),僅能反射紅光而吸收其它色光者，為紅色物體。,(2),能反射各種色光者，為白色物體。,(3),能吸收各種色光者，為黑色物體。,2.,透明體的顏色：由透明體選擇吸收後，所剩下透射的色光來決定。例如透明體經太陽光照射時，若：,(1),能全部透過時，則為無色透明體（如空氣）。,(2),能透過紅色光，則為紅色透明體。,物體的顏色：,光 的 波 動 現 象,1.,楊格的雙狹縫實驗,楊格雙狹縫干涉實驗裝置,亮帶的寬度正比於狹縫與光屏的距離和照射光波波長，而於狹縫間距成反比。,欲產生清晰可見的干涉條紋，,d,必須很小，,L,必須很大。,若以白光為光源，則由於各色光在中央亮紋兩側的亮帶位置不同，因此中央亮紋為白色，兩側呈彩色的干涉條紋。,雙狹縫干涉實驗結果之討論,以單色點光源照射不透明的圓盤，由於光在圓盤邊緣產生繞射，在圓盤的本影中央形成亮斑，本影周圍環繞亮暗相間的干涉條紋。,2.,菲涅耳,繞射,3.,單狹縫繞射裝置圖：,單色光經屏,A,上的狹縫成為線光源，,屏,A,位於柱狀透鏡,B,的焦點，由此狹縫射出的光經過透鏡,B,後成為平行光束。屏,D,位於柱狀透鏡,C,的焦點，由狹縫,S,繞射的平行光，經透鏡,C,聚焦於屏,D,上，而生成明暗相間的條紋。,例題：,以單色光做雙狹縫干涉實驗，下列敘述何者為正確？,(A),光源由紅光改成黃光時，亮紋間距變大,(B),把兩個狹縫之間距縮小時，亮紋間距也變小,(C),把兩個狹縫之寬度皆各減小時，亮紋間距不變,(D),把雙狹縫與光屏間的距離拉大時，亮紋間距變大,(E),把整個系統改放在折射率較大的透明介質中時，亮紋間距,不變。,90.,日大,答案：,CD,例題：,下列的光學現象，何者可用幾何光學解釋？,(A),雨後天空的彩虹,(B),肥皂泡薄膜上的彩紋,(C),光線無法通過兩片互相垂直的偏振片,(D),雷射光對單狹縫的繞射條紋,(E),光碟片上的彩色現象,答案,：,A,THE END,