Transcript 第 四 章 光 4－1 光的傳播  光的傳播  不需介質（與聲音傳播不同，聲音需介質） 證據  太陽、地球間是真空狀態的 ※ 但光也能在空氣、水及玻璃間（透明體）傳播 遇不透明體則受阻礙，並在其異側形成陰影  光是直線傳播的（稱為光線） 證據  影子、日月蝕、皮影戲、日晷……

第 四 章
光
4－1 光的傳播
 光的傳播
 不需介質（與聲音傳播不同，聲音需介質）
證據  太陽、地球間是真空狀態的
※ 但光也能在空氣、水及玻璃間（透明體）傳播
遇不透明體則受阻礙，並在其異側形成陰影
 光是直線傳播的（稱為光線）
證據  影子、日月蝕、皮影戲、日晷……
4－1 光的傳播
 光的直線傳播證據圖說
皮影戲
日全蝕
光是直線傳播的
4－1 光的傳播
 光的直線傳播範例
加油
1.圖中手，若向左移動，影子的大小變化？
2.圖中手，若向右移動，影子的大小變化？
3.手若不動，將蠟燭向左，影子的大小變化？
4.手若不動，將蠟燭向右，影子的大小變化？
5.投影牆若向左移動，影子的大小變化？
6.投影牆若向右移動，影子的大小變化？
7.『立竿見影』可說明光的何種性質？
。
。
。
。
。
。
4－1 光的傳播
 光的傳播
 光的傳播速率  等速運動公式：X＝V ×t
1.光速的大小：每秒30萬公里（在空氣中）
V  3  108 m
s
 3  105 Km
s
2.光速大小順序
真空  空氣＞液體（水）＞固體（玻璃）
3.第一位測出光速者：法國人菲左
（不是伽立略！小略沒測出任何實驗數據）
eg1.台北與高雄距離300公里，光速
秒可抵達。
eg2.太陽光500秒可達地球，二者距離
公里。
eg3.光一秒可繞地球七圈半，地球一圈
公里。
eg4.光走一年的距離＝1光年＝
公里。
eg5.『光年』是時間的單位嗎？（
）
4－1 光的傳播
 光的傳播
3.伽立略的光速測定實驗  為何沒成功呢？
二組人各攜燈籠，分別站在兩個相距
約1公里的山頭上：
1.第一組人在預定時間t1掀開燈籠
2.第二組人看見對面燈光後，立刻掀
開自己的燈籠
3.第一組人再記下看到燈光的時刻t2
4.由兩個時刻差與山頭間的距離，算
出光的傳播速率
距離  光速 時間
2S  V   t 2  t1
2S
V
t 2  t1
4－1 光的傳播
 光的傳播比聲音快的證據
 看煙火時，先看見火光，才聽見聲音
 雷雨天時，先看見閃電，再聽見雷聲
Q 小問題 1.光速極快！有比光速還快的速率嗎？
2.伽立略測光速沒測出的原因為何？
3.光速在玻璃中傳播比在真空中慢，能說明原因？
4－2 光的反射與平面鏡
 眼睛看見物體  因來自物體上的光線進入眼中
※ 物體上的光線的來源
 本身是發光體
 不發光物體能反射光線
Q 小問題
1.在沒有燈的房間裡，為何看不見
任何東西？
2.夜晚有偷窺者，從窗外往開燈的
房內看，看的清楚嗎？偷窺者會
被發現？
3.在暗室，你站在平面鏡前且面向
平面鏡，如果想看到自己的臉，
應該將光源照射平面鏡或是自己
的臉？
4－2 光的反射與平面鏡
 光的反射：光遇障礙返回原介質的現象
障礙  二介質的交界面
 反射定律
1.入射線與反射線分別在法線的兩側，且三線在
同一平面
2.入射角等於反射角 i＝r
名詞解釋：
1.法線：與反射面垂直的直線
（法線是看不見的假想直線）
2.入射角：入射線與法線夾角
3.反射角：反射線與法線夾角
（角度皆是與法線的夾角）
4－2 光的反射與平面鏡
 反射定律釋義
 入射線與反射線分別在法線 N 的兩側且三線
在同一平面
eg1.如圖是光線反射情形：
 入射角
度。
 反射角
度。
eg2.平靜的湖面可倒映出湖邊景色，若下起細
雨，
則湖邊景色就不能在湖面形成清楚的像，你
4－2 光的反射與平面鏡
 光的反射圖說  畫出反射光路徑
原則： 先找法線 利用角度相等，畫反射光
 光的單向反射與漫射【補充】
光滑平面  單向反射
非光滑平面  漫射
4－2 光的反射與平面鏡
 光的反射圖說
Q 小問題 1.對任何表面都遵守光線的反射定律嗎？
2.入射角0度的光路如何？此時反射角？
3.為何在水泥牆面、地毯上看不到物體的成像？
4－2 光的反射與平面鏡
 平面鏡成像性質：原理基於反射定律
1.大小相等
1.鏡子裡的那個虛幻物體就是像。
2.左右相反
2.因此像不是實際光線交會形成
（是延長線交會），故稱虛像。
3.物距＝像距
3.像恆成立於鏡後，物像成對稱
4.正立虛像
（以平面鏡為對稱軸）。
Q 小問題 1.眼睛能看見虛像？虛像能投射至白紙（幕）上？
4－2 光的反射與平面鏡
 光的反射範例
eg1.物體高50公分面對平面鏡100公分處：
 像的高度
公分。
 像與物體相距
公分。
 當物向右移動，像的移向相同？
。
 在移動的過程中，像的大小？
。
 物體後退100公分，像與物相距
公分。
eg2.一光線的入射角為15度，則入射線與反射線
的夾角
度，入射光與障礙面夾角
度。
eg3.求以下物體在平面鏡中的像形狀？
 數字『202』 
。
 字母『 ABCD 』
。
 數字型電子表『07：30』 
。
4－2 光的反射與平面鏡
 平面鏡中的像（與物左右相反）
 從紙背面正面看，即可得像的形狀
時鐘物像時間總和是12小時
4－2 光的反射與平面鏡
 平面鏡的視野
 人能從平面鏡中能看到的哪個物體的像？
eg.平面鏡外有A、B、C、D四物體，人眼從鏡中可
看見何物體
平面鏡
人眼在橘色區往鏡中可見 C
平面鏡
人眼在橘色區往鏡中可見 A
※ 原則： 先找像位置
 由像向鏡兩端畫二直線
 所夾直線區即是能見此像的區域
4－2 光的反射與平面鏡
 平面鏡的視野範例
eg.平面鏡外有A、B、C、D四物體，人眼從鏡中可
看見何物體？
。說明人如何能從鏡中看
見A物體的方法？
。
人眼
平面鏡
解法： 依原則：找像、畫直線、找所夾區域
 找眼睛的像、畫直線、找所夾區域
4－2 光的反射與平面鏡
 平面鏡的視野範例解說
懂了！
人眼
平面鏡
解答：
 人可於平面鏡中看見B、C二物體（其他都看不見）
 人若想於鏡中看見A物體有以下方法（使A落於區間中）
1.平面鏡左移一些
2.人眼向右移或人眼向下移動
3.將A向右移入區間中
4－2 光的反射與平面鏡
 面鏡的種類
1.平面鏡
2.凸面鏡：反射面是凸的表面
3.凹面鏡：反射面是凹的表面
4.哈哈鏡：平、凹、凸面鏡組合造成趣味效果
 凸、凹面鏡用途與性質
1.凸面鏡  正立縮小虛像
 性質：成像範圍廣，有發散光線性質
 用途：公路轉彎反光鏡、汽車後視鏡
視野廣
平面鏡
凸面鏡
4－2 光的反射與平面鏡
 面鏡用途與性質
2.凹面鏡
 性質：有會聚光線性質
 用途  光路有可逆性
（1）手電筒燈頭、汽車車前燈、探照燈
 光源在焦點，能使光反射平行集中射出
Q 小問題 凹、凸面鏡、哈哈鏡中何者遵循光的反射定律？
4－2 光的反射與平面鏡
 面鏡用途與性質
2.凹面鏡
（2）太陽爐、太洋傘：為利用焦點之光能
 光源在無窮遠（平行光），能使光會聚於焦點
凹面鏡光反射
太陽爐
Q 小問題 拿光亮的湯匙，用湯匙凹及凸的部分所看到的物像，
有何不同？
4－2 光的反射與平面鏡
 面鏡圖說
凸面鏡貼在汽機車的後視
鏡上，以減少視線死角
eg.下列方框置有平面鏡、凸面鏡及凹面鏡，你能從
光的反射光路，判斷出方框內是哪一種面鏡？

鏡

鏡

鏡
4－3 光的折射與透鏡
 光折射現象
1.吸管（筷子）在水中，好像斷二截
2.空中看水中，物體變近；水中看空中，物體變遠
3.海市蜃樓及沙漠幻景
4.凹透鏡與凸透鏡
Q 小問題
左圖加水之後，為何就看見了
杯中的硬幣呢？
4－3 光的折射與透鏡
 光的折射
光由一介質進入另一介質時，在交界處發生偏折
的現象（因光速在不同介質中行進速率不同）
 光的折射偏向情形討論： 離法線 向法線


法線
是直進，非折射
甲＝乙
（相同介質）
法線
這叫折射
這叫折射
甲乙
甲乙
（不同介
（不同介質）
質）
 以法線分偏折方向：  離法線偏折  向法線偏折
4－3 光的折射與透鏡
 光的折射定律
1.入射線、折射線各在法線的一側，且與法線同
平面
2.光偏向原則：
 慢向快離（角度愈大者，光速愈快）
 光速大小：在真空＞空氣＞水＞玻璃
（介質若是相同，光在其中傳播則皆相同且直線）
 光進入慢速介質（密介質），會向法線偏折
 折射角小於入射角
 光進入快速介質（疏介質），會離法線偏折
 折射角大於入射角
 垂直入射，不發生偏折
3.折射與反射同時發生
4－3 光的折射與透鏡
 光的折射定律圖說
慢向
快離
垂直入射
Q 小問題
1.左圖的光源照射水槽，請以圖示說
明光的折射情形？
2. 『慢向快離』和『向的越多越慢』
『離的越多越快』，你記住了？
4－3 光的折射與透鏡
 光的折射現象解析－筷子真的折斷了嗎？
O’
Q 小問題
1.在泳池邊向池底望去，感覺池水並不深，下水後才知很深？
2.在岸邊以標槍向湖中的游魚射去，如何瞄準？
4－3 光的折射與透鏡
 光的折射範例
eg1.光由介質甲射向介質乙，已知1＞2：
 甲、乙兩介質何者傳光速快？
。
 甲、乙兩介質何者為光疏介質？
。
 何者是入射角？
。何者是折射角？ 。
 法線是哪一線段？
。（AB或MN）
 若入射角增大，折射角也增大嗎？ 。
 如圖是光的反射
還是折射？
。
4－3 光的折射與透鏡
 光的折射範例
eg2. 如圖的光路，回答下列問題：
 入射光為？
。
 反射光為？
。
 入射角？ 。折射角？ 。反射角？
 反射與折射何者先發生？
。
 光速、、 大小順
序？
。
。
4－3 光的折射與透鏡
 透鏡種類
1.凸透鏡：會聚透鏡
中間凸（中間厚）的透鏡
 有光會聚性質
2.凹透鏡：發散透鏡
中間凹（中間薄）的透鏡
 有光發散性質
凹凸透鏡
凸凹透鏡
Q 小問題
1.有會聚光性質的鏡類有哪些？有發散光性質的鏡類有哪些？
2.右上角長得黃黃的鼠輩是甚麼？
4－3 光的折射與透鏡
 透鏡成像圖說：因光的折射形成
4－3 光的折射與透鏡
 凸透鏡的六種成像
1.主軸：AB直線，通過鏡心垂直於鏡面的直線。
2.鏡心：O點，透鏡中心，光經鏡心不發生偏折。
3.焦點：F點，光線會聚點，為實焦點，有二個。
4.焦距：距離 f，鏡心 O到焦點 F的距離（OF線段）。
5.二倍焦距位置：即 2f 點。
6.凸透鏡成像六區段：（物體距鏡距離不同時，像就不同）
  無窮遠
 2f  f
 ＞2f
 ＝f
 ＝2f
 ＜f
4－3 光的折射與透鏡
 凸透鏡的六種成像性質整理
性質
物距
像距
凸

＝F
＞2F
＝2F
2F~F
2F~F
＝2F
＞2F
＝F

＜F
鏡前
透
鏡
正倒
倒立
倒立
倒立
大小
實虛
一點
實像
縮小
相等
放大
實像
實像
實像
無法成像
正立
放大
虛像
1.在鏡後成像的都是倒立（ ）？何時能得相等大小的像？
2.何時有放大的像？何時有虛像產生？  符號表何意？
3.實像必倒立，虛像必正立？（ ）
4－3 光的折射與透鏡
 凸透鏡的六種成像性質測驗
性質
物距

凸
透
鏡
＞2F
＝2F
2F~F
＝F
＜F
像距
正倒
大小
實虛
4－3 光的折射與透鏡
 凸透鏡的成像作圖法
1.光經透鏡折射，經過二次折射
 作圖法中光路有簡化，因為透鏡很薄
二次折射
作圖法
2.光經透鏡（凸或凹）恒向厚部偏折
平透鏡
框中的透鏡為何？
4－3 光的折射與透鏡
 凸透鏡的成像作圖法
3.物體發出的光線有無限多條，經過透鏡時，其中
有三條光線的折射光路是固定的。
 此三光線的折射光線的交會點能得像位置
※ 凸透鏡成像原則（三特殊折射光線）
1.平行主軸，通過焦點
2.通過焦點，平行主軸
3.通過鏡心，方向不變
4－3 光的折射與透鏡
 凸透鏡的成像作圖範例一
※ d＝   太陽光視為一束平行光
※ 像性質
一點
(異側焦點上)
實像
實像能在紙屏上成像，眼能見到
Q 小問題
1.如何找一個凸透鏡的焦距？
2.凸透鏡的焦點是實焦點？
放大鏡原理
物距 d＜F
像距 d’在鏡前（同側）
正立放大虛像
虛像不能在紙屏上成像
只能從另一側向鏡中看見
物距 d＝2FF
像距 d’＞2F（異側）
倒立放大實像
物距 d＞2F
像距 d’＝2FF（異側）
倒立縮小實像
4－3 光的折射與透鏡
 凸透鏡的六成像區－作圖法
4－3 光的折射與透鏡
 凹透鏡的二種成像
※ 凹透鏡成像原則
（三特殊折射光線）
1.平行主軸，通過焦點
2.通過焦點，平行主軸
3.通過鏡心，方向不變
一點，虛像
同側焦點上，為虛焦點
（1）
（2）
（3）
正立縮小虛像
（在鏡前同側焦點內）
4－3 光的折射與透鏡
 凹透鏡的二種成像性質整理
性質
物距
凹
透
鏡

鏡前
像距
同側
焦點上
同側
焦點內
正倒
正立
大小
實虛
一點
虛像
縮小
虛像
Q 小問題
1.如何找一個凹透鏡的焦距？
2.凹透鏡的焦點是實焦點？
4－3 光的折射與透鏡
 透鏡的物像關係
（一）凸透鏡
1.物體從無窮遠逐漸接近凸透鏡的焦點時，在異側
的實像，也逐漸遠離透鏡且像漸大
2.物體焦點向內逐漸接近凸透鏡時，在同側的虛像
也逐漸接近透鏡且像漸小，恆比實物大
※ 不管焦點內或外，物體愈近焦點，像愈大且離
鏡愈遠；不管實像或虛像，物與像的移向相同
4－3 光的折射與透鏡
 透鏡的物像關係
（二）凹透鏡
物體從無窮遠逐漸接近凹透鏡時，虛像會從同側
虛焦點開始靠近透鏡，且像漸大，恆比實物小
 透鏡應用
1.凸透鏡
放大鏡、老花眼（遠視眼）、照相機、投影機
顯微鏡、望遠鏡、眼睛（水晶體）
2.凹透鏡
近視眼
4－3 光的折射與透鏡
 放大鏡（凸透鏡）圖示
 物體置於焦點內，形成放大正立虛像
4－4 光與顏色的關係
 光的色散：牛頓發現太陽光通過三稜鏡發生色散
 分成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫色光
（1）色光偏折角度：紅光最小、紫光對大
（2）此說明了太陽光是由不同色光組成的
Q 小問題
1.太陽光經過如上的稜鏡發生幾次的折射？
4－4 光與顏色的關係
 眼睛看見顏色：因為此色光進入眼睛
 沒有光進入眼中，就感覺黑色
 光的三原色：紅、綠、藍（RGB）
G
R
1.三原色光混合呈白色
2.紅、藍光混合呈紫光
3.彩色電視機是調整三原
色之間亮度而來的
4.紅、綠光混合呈黃光
B
 物體（透明體或不透明體）對光的作用
1.光被反射或光被吸收：彈回或阻擋
2.光折射：光穿透  此物是透明體
4－4 光與顏色的關係
 眼睛對光的作用
 什麼色光進入眼中，就感覺那個顏色
此物是紅色
此物是白色
此物是黑色
此物只能反射紅
光，其他色光被
吸收了
此物能反射任何
色光，而此三光
混合是白色
此物不能反射任
何色光，全被吸
收了
Q 小問題
1.賣西瓜小販，為何用淡紅色光源照射已剖開的西瓜？
4－4 光與顏色的關係
 眼睛對光的作用
 透明體的顏色＝允許通過的那個色光
紅色透明體只允許紅光通過，
其他都被吸收了
（白光＝太陽光）
 光與顏色實驗（EXP4-2）
以白光及色光分別照射色紙及水果，探討光與顏色關係
4－4 光與顏色的關係
 光與顏色實驗（EXP4-2）
光源
白色紙
紅色紙
綠色紙
藍色紙
黑色紙
白光
紅光
綠光
藍光
1.色紙在何種光源照射下，依然保持原來的顏色？
2.在沒有任何光源的房間裡，你能分辨物體的顏色？
3.戴上紅色眼鏡觀看綠色的草地，呈
色。
4.將紅光和綠光混合照在白紙上，呈
色。
5.穿著白衣紅褲，站在綠光下，衣褲各呈
6.蘋果會顯出紅色，因為蘋果
紅光。
7.物體所呈現的顏色與哪些因素有關呢？
色。
4－4 光與顏色的關係
 光譜：連續排列的光【科學常識】
1.可見光：人眼可見
 紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫色光
2.不可見光：人眼不可見
 紅外線與紫外線及其他色光
紫外線
紅外線
 紅外線：近紅光，可保持食物溫度及夜視用途
 紫外線：近紫光，殺菌消毒，多來自太陽光
 強度分15 級（達 7 級為過量；10 級以上為危險）
4－5 雷射
 雷射的性質
1.單色光
 無色散現象
2.光束細且直
 不會散開呈錐狀
3.能量集中
 可用來切割物體