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第五章 光第一節 人類對光的認識
光的重要理論1. 粒子說:(1) 牛頓研究光的色散,並藉由力學觀點,提出光
的「粒子說」。(2) 認為光是從光源射出的許多微粒所組成。(3) 解釋光沿直線前進的性質,並在理論上導出反
射和折射定律。(4) 預測光在一般介質中的速率比在空氣中快。
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2. 波動說:(1) 海更士在 1678 年提出光的「波動說」。(2) 認為光是一種波動。(3) 預測光在一般介質中的速率比在空氣中慢。
3. 光子:(1)1905 年,愛因斯坦提出「光子」的概念。(2) 認為電磁波是由許多光子所組成。(3) 光子兼具有粒子和波動的二象性質。(4) 光子的傳播不需依靠介質。
第二節 光的傳播
一.針孔成像1. 此實驗顯示光沿直線傳播。2. (1) 針孔很小:在光屏上形成 倒立 、 左右
相反 、 與原物成比例的像。 (2) 針孔過大:影像變模糊。
二.本影和半影1. 影子:影子的形成是光的直進性質造成的結果。2. 影子分類: (1) 本影:光源光線完全照射不到的區域。 (2) 半影:部分光源光線可照射到的灰暗區域。
3. 光源大小與影子種類的關係:( 1 )光源小(點光源):只能造成本影。( 2 )光源較大(非點光源):能造成本影和半影。4. 日蝕和月蝕:( 1 )日蝕:地球上的人進入月球的影子區域內,
所看到的現象。 A. 日全蝕 B. 日偏蝕 C. 日環蝕( 2 )月蝕:月球進入地球的影子區域內,所形成
的現象。 A. 月全蝕 B. 月偏蝕
第三節 光的反射 一.光在傳播時,遇到不同的介質,通常在
表面有下列現象發生: ( 1 )反射。 ( 2 )透射或折射。 ( 3 )被表面吸收。
二.光的反射1. 反射定律:( 1 )入射線與反射線分別位在法線的兩側,且三
者在同一平面上。( 2 )入射角等於反射角。
不管在平面或曲面反射,反射定律皆成立。2. 反射的種類:( 1 )單向反射:反射面為光滑平面,則平行入射
光反射後亦平行射出。( 2 )漫射:反射面為粗糙不平的表面 ,則平行入
射光反射後將不再平行。仍滿足反射定律。
三.面鏡成像 ( 利用光的反射原理 )1. 平面鏡成像性質:虛像、正立、大小相等、左右
相反。物距等於像距 。2. 凸面鏡成像( 1 )形成縮小、正立 的虛像 。( 2 )像縮小,但視野擴增 。( 3 )應用: (A) 汽車後視鏡 (B) 公路轉彎處的
凸面鏡
3. 凹面鏡成像( 1 )物在焦點內,形成放大、正立的虛像 。( 2 )應用:化粧鏡4.拋物面鏡( 1 ) (a) 平行主軸的入射光,反射後會聚於焦點 (b) 光源在焦點上,反射光線將平行射出。( 2 )應用:碟形天線、探照燈、汽車車頭燈
第四節 光的折射
一.折射1. 折射現象:光從介質 1 進入介質 2 時,行進方向會發生偏折,稱為折射。
2. 光在兩介質內的傳播速率不同所致。3. 光速與光線偏折的關係:光從光速慢的介質傳入
光速快的介質,則偏離法線。光從光速快的介質傳入光速慢的介質,則偏向法線。
4. 實例: (1) 物體在水中看起來深度變淺。 (2) 海市蜃樓
二.透鏡1. 凸透鏡(會聚透鏡)( 1 )中間部分較周圍部分厚的透鏡。( 2 )成像性質:視位置而定(a) 可產生放大或縮小的像,如照相機、投
影機、放大鏡。(b)使光線會聚,如遠視眼鏡 。
2. 凹透鏡(發散透鏡)( 1 )中間部分較周圍部分薄的透鏡。( 2 )成像性質:恆為縮小的正立虛像。( 3 )功用:是光線發散,如近視眼鏡。
物 像
位 置 位 置 大、小 正、倒 實、虛
凸透鏡
p = ∞ q = f 一個點 不討論
∞ > p > 2f
2f > q > f 縮小 倒立 實像
p = 2f q = 2f 相等 倒立 實像
2f > p > f ∞ > q >2f
放大 倒立 實像
p = f ∞ 不討論
p < f 鏡前 0~∞ 放大 正立 虛像
凹透鏡 任何位置 鏡前焦點內 縮小 正立 虛像
三.眼睛1. 與相機結構對照( 1 )晶狀體相當於凸透鏡,且焦距能自由調節。( 2 )瞳孔相當於光圈,可調節入射光量。( 3 )視網膜相當於底片,可感光。2.眼睛成像:物體發出的光線,經晶狀體折射後,在網膜上形
成縮小倒立實像。3.近視與遠視( 1 )近視:眼球太長,或晶狀體焦距太短,使像落在網膜
前 ,可配戴凹透鏡矯正。( 2 )遠視:眼球太短,或晶狀體焦距太長,使像落在網膜
後 ,可配戴凸透鏡矯正。老花眼類似遠視,亦配戴凸透鏡矯正。
4.眼鏡度數透鏡焦距 ( 公尺 ) 的倒數乘以 100 所得的數值度數愈大 (深 ) ,透鏡焦距愈小。
第五節 光的三原色
一.三稜鏡色1. 光的色散:白光經三稜鏡的折射後,呈現彩色光
的現象。2. 成因:不同色光在介質中的傳播速率不同,所以
偏折程度 亦不同。3. 偏向角:紅光最小,紫光最大。二.物體顏色1. 光的三原色:紅、藍、綠 。2. 將三原色依不同比例組合,可產生任何一種顏色。
3. 物體的顏色:( 1 )透明物體:取決於該物所能透射的色光。( 2 )不透明物體:取決於該物所反射的色光 。非原色物體,其顏色為各色光的混合結果。
第六節 光與生活 一.虹與霓1. 成因:陽光在空氣中的水滴表面及內部,發生折射與反射,使白光產
生色散 現象 虹 霓
折反射次數
二折一反 二折二反
光度 較強 較弱 ( 多一次反射 )
位置 較低 較高
顏色分布
內紫外紅 內紅外紫
二.視覺暫留1. 視覺暫留:物體的光在網膜上成像,大腦隨即產生
視覺。若閉上眼睛,大腦中的視覺不會馬上消失,會留存約 1/16 秒。
2. 應用:動畫、電影三.發光強度和照度1. 光的波動性質( 1 )不同顏色的光,對應有不同的頻率與波長( 2 )可見光的波長範圍: 4000埃 (紫光 )~7000埃
(紅光 ) 。( 3 )紫外光:光譜上波長小於紫光的某段區域。
紅外光:光譜上波長大於紅光的某段區域。
2. 發光強度與照度( 1 )光通量 (a) 定義:每單位時間內由光源發出或被照體所吸
收的光。 (b) 單位:流明( lm )( 2 )發光強度 (a) 定義:光源在某一方向上發出可見光的光通量
大小。 (b) 單位:燭光( cd )
( 3 )照度 (a) 被照體表面每單位面積所接受可見光的光通量。 (b) 單位:勒克斯( lx ) 1 lx = 1 lm/m2
(c) 影響因素: (甲 ) 光源的發光強度 (乙 ) 被照體和光源間的距離
( 4 )球狀光源 (a) 1燭光的球狀光源所發出的總光通量為 4π流明。 (b) 光源為 I 燭光,距光源 r的地方,照度為 I/ r 2
( lm/m2)。