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……

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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