第五節 光與生活

1. 第五節　光與生活 一、視覺暫留 二、顏色 三、照度 目　錄

2. 上一頁 下一頁 節目錄 視覺暫留 • 影像停留在人眼睛內引發視覺的時間很短，大約僅為0.1秒 ，這種影像短暫停留於眼內的現象稱為視覺暫留。

3. 上一頁 下一頁 節目錄 視覺暫留 • 電影、電視、電腦螢幕都是利用這種效應，使一系列稍有不同的靜態畫面，彷彿是連續的在改變，以產生動態的效果。

4. 上一頁 下一頁 節目錄 視覺暫留 • 電視機或電腦螢幕上的影像，約每隔三十至六十分之一秒即需重複一次，因此即使螢幕上的影像通常實際上約只維持0.02 秒，人眼仍能藉視覺暫留而看到有影像、人物出現在畫面上。

5. 上一頁 下一頁 節目錄 教學檢驗 雨過天晴，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，何者有誤？ (A)虹與霓都是日光經過水珠所產生的色散現象 (B)對虹而言，外圈顏色為紅色，內圈為紫色 (C)對霓而言，外圈顏色為紫色，內圈為紅色 (D)虹的顏色比霓的顏色濃 (E)虹的成因是光在水滴中經過兩次折射與兩 次反射後所色散而成。

6. 上一頁 下一頁 節目錄 色散(dispersion) 牛頓發現太陽輻射的白光，在通過三稜鏡後，會被折射並分散成為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等七種顏色的光，如圖，這種現象稱為光的色散。 圖片出處：內爾˙阿德利著，新世紀科學百科全書，貓頭鷹出版社，民國86年，P.192

7. 上一頁 下一頁 節目錄 圖5-30 白光的色散 光譜色(spectrum color) • 通過三稜鏡後，被折射並分散的這七種顏色稱為光譜色。

8. 上一頁 下一頁 節目錄 色散 • 單一光譜色的光波在通過稜鏡後，雖會折射，卻不會有色散的現象。 • 複色光的光波在通過稜鏡後，不但會折射，而且會有色散的現象。

9. 上一頁 下一頁 節目錄 色散 • 不同顏色的光具有不同的折射率。 • 太陽光是由折射率不同的一些色光所組成。 • 真空中各種色光的波速都相同。 • 白光在真空中不會產生色散。

10. 上一頁 下一頁 節目錄 色散 • 在玻璃中各種色光的波速互不相同，紅光最快，紫光最慢。 • 故通過稜鏡後偏折的角度，紅光最小，紫光最大。

11. 上一頁 下一頁 節目錄 圖5-31 虹與霓 虹與霓 • 雨過天晴後，背向太陽仰視天空時，有時可以看到一道彩「虹」。

12. 上一頁 下一頁 節目錄 圖5-31 虹與霓 虹與霓 • 虹之上，還會出現另一道較弱的色帶，稱為「霓」。

13. 上一頁 下一頁 節目錄 圖5-31 虹與霓 虹與霓 • 基本上這些顏色的出現，是因為懸浮在空中的水滴，對太陽白光中不同的色光具有不同的折射率，產生呈現出類似白光色散後的光譜色。 • 也是一種色散的結果。

14. 上一頁 下一頁 節目錄 教學檢驗 雨過天晴，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，何者有誤？ (A)虹與霓都是日光經過水珠所產生的色散現象 (B)對虹而言，外圈為紅色，內圈為紫色 (C)對霓而言，外圈為紫色，內圈為紅色 (D)虹的顏色比霓的顏色濃 (E)虹的成因是光在水滴中經過兩次折射與兩 次反射後色散而成的。

15. 上一頁 下一頁 節目錄 圖5-32 陽光含有波長不同的七種可見光 陽光的可見光譜 • 太陽發出的白色可見光，其波長大約分布在380 到770 奈米之間，這也是經三稜鏡色散後出現的色光所涵蓋的波長範圍。

16. 上一頁 下一頁 節目錄 表5-3 明亮度 • 不同顏色的兩道色光，即使發光功率與其他條件完全相同，人眼經由視覺感受，仍會感覺它們具有不同的明亮程度。

17. 上一頁 下一頁 節目錄 圖5-33 發光效率曲線。 發光效率(luminous efficiency) • 圖中顯示人眼對不同波長的可見光所產生的明亮感覺並不相同。 0

18. 上一頁 下一頁 節目錄 圖5-33 發光效率曲線。 發光效率(luminous efficiency) • 明亮白晝下人眼的視覺感受。 0

19. 上一頁 下一頁 節目錄 圖5-33 發光效率曲線。 發光效率(luminous efficiency) • 人眼對波長555奈米的「黃綠」光，最為敏感。 0

20. 上一頁 下一頁 節目錄 圖5-33 發光效率曲線。 發光效率(luminous efficiency) • 暗黑夜晚下，人眼最敏感的色光將移至波長507 奈米的「綠」光。 0

21. 上一頁 下一頁 節目錄 色光與色彩 • 單色光(monochromatic light)一種色光的色彩，也可用波長來表示，而單一波長的光，就稱為單色光。

22. 上一頁 下一頁 節目錄 色光與色彩 • 互補色(complementary colors)如果兩種色光合成後能產生白色光，則這兩種色光就稱為互補色。

23. 上一頁 下一頁 節目錄 色光與色彩 • 互補色(complementary colors) 黃、藍兩色，或紅、綠、藍三色，就可合成白光。

24. 互補色 互補色 互補色 上一頁 下一頁 節目錄 互補色 • 黃色與藍色為互補色. • 紅色與青色為互補色. • 洋紅色與綠色為互補色.

25. 上一頁 下一頁 節目錄 色光與色彩 • 光的三原色(primary color)幾乎所有顏色的光，均可經由紅、綠、藍三種色光，以適當比例混合而生成，但這三種色光無法由其他單色光合成，故稱其為光的三原色。

26. 上一頁 下一頁 節目錄 圖5-34 光的三原色 • 紅、綠、藍三種色光投射到白紙上，使其照射出來的圓形重疊，則可得如圖的顏色。 互補色

27. 上一頁 下一頁 節目錄 色光與色彩-黑色 • 黑色的物質能將入射的各種色光全部吸收，因此即使是在白光照射下，這種物質不會將任何一種色光反射或透射傳送到人眼，故看來會呈黑色。

28. 上一頁 下一頁 節目錄 色光與色彩-透明物質 • 其他顏色的物質，只將入射光的一部分吸收，而將其餘部分經由反射或透射而傳送到人眼。 • 這些物質所呈現的顏色，就是反射光或透射光所生成的顏色。

29. 上一頁 下一頁 節目錄 色光與色彩-透明物質 • 例如：透過紅色透明玻璃進入人眼的主要為紅光，故此種玻璃在陽光下將呈紅色。

30. 上一頁 下一頁 節目錄 色光與色彩-不透明物質 • 不透明、且不為黑色的物質，入射光雖無法透射穿過，但也不會全部被吸收，因而會有一部分被反射。 • 此等物質的顏色，就是反射光的顏色。

31. 上一頁 下一頁 節目錄 色光與色彩-不透明物質 • 一般不透明的紅色顏料，會吸收紅色以外的色光，所反射的色光為紅光。 • 而不透明的綠色顏料，會吸收綠色以外的色光，所反射的色光主要為綠光。

32. 上一頁 下一頁 節目錄 色光與色彩-不透明物質 • 如果將這兩種不透明的顏料等量均勻混合，則一種顏料所反射的色光，會被另一種顏料吸收。 • 整體而言幾乎所有色光都會被吸收，故其顏色將變為暗黑色。

33. 上一頁 下一頁 節目錄 表5-4

34. 上一頁 下一頁 節目錄 教學檢驗 下列對於光與顏色的敘述，哪一項錯誤？ (A)在真空中各種色光的波速皆相同 (B)在玻璃中的光速比在真空中的光速小 (C)在玻璃中的各色光的波速互不相同， 以紫光最慢，紅光最快 (D)太陽光通過稜鏡後偏折的角度以紅光 最大。

35. 上一頁 下一頁 節目錄 教學檢驗 教學檢驗 有關光的色散現象，下列敘述何者錯誤？ (A)光在某介質中產生色散現象，主要是因為 各種色光在該介質的折射率不同所致 (B)紅光在水中的折射率比紫光大，所以自空 氣到水中折射時，紫光的路徑會比較接近法線 (C)虹的最外層是紅色；而霓的最外層是紫色 (D)霓的亮度較虹弱，這是因為陽光在水中反射次 數的不同所致 (E)若方向恰當，背著陽光觀看瀑布飛濺的水氣， 亦可看見虹。

36. 上一頁 下一頁 節目錄 教學檢驗 白色的衣服在綠光的照射下，呈現何種顏色？ (A)白色 (B)紅色 (C)黑色 (D)綠色。

37. 上一頁 下一頁 節目錄 教學檢驗 白晝時，眼睛對哪一種色光最敏感？ (A)紅光 (B)藍光 (C)黃綠光 (D)紫光。

38. 上一頁 下一頁 節目錄 發光體(luminous body) • 有些物體，如太陽、電燈、蠟燭，其本身能發出可見光，稱為發光體。 • 大多數物體都不是發光體，自身無法發出可見光，但能將入射光反射，而為人眼看見，因此和發光體一樣，都可以視為光源。

39. 上一頁 下一頁 節目錄 點光源 • 如果光源的體積很小或距離很遠，可以看成是一個點，稱為點光源。

40. 上一頁 下一頁 節目錄 輻射能(radiant energy) • 光源以電磁波形式發出的能量稱為輻射能，單位為焦耳(J)。

41. 上一頁 下一頁 節目錄 輻射通量(radiant flux) • 光源每秒所發出的輻射能，稱為輻射通量，單位為焦耳/秒。 • 一般稱為瓦特(W)。

42. 上一頁 下一頁 節目錄 視覺明暗 • 就同一光源而言，進入人眼的輻射通量愈大時，人眼會覺得愈亮. • 波長不同的兩個光源，即使發射的輻射通量相同，進入人眼後引起的明亮感覺並非完全一樣。

43. 上一頁 下一頁 節目錄 視覺明暗 • 各種色光具有不同的發光效率。 • 發光效率較高者（如黃綠光），人眼會覺得較亮。 • 發光效率較低者（如藍、紫、紅光）人眼會覺得較暗。

44. 上一頁 下一頁 節目錄 視覺明暗 • 真正影響人眼視覺明暗感受的，其實是輻射通量與發光效率的乘積。

45. 上一頁 下一頁 節目錄 光通量(luminous flux) • 輻射通量與發光效率的乘積，稱為光通量。 • 其單位為流明(lm)。

46. 上一頁 下一頁 節目錄 光通量&發光效率 • 依國際共同之約定，波長為555 奈米的單色光，其發光效率被訂為1。 • 此種波長的單色光每1 瓦特的輻射通量，具有683 流明的光通量。

47. 上一頁 下一頁 節目錄 光通量&發光效率 • 其他波長的單色光，其發光效率採用發光效率曲線（底圖）所示之值，其光通量可由下式求得： 光通量（流明）＝ 683 ×發光效率 × 輻射通量（瓦特）。

48. 0 上一頁 下一頁 節目錄 例題5-1 • 一紅燈發出100 瓦特、波長為660 奈米的紅色光，試求其所發出之光通量。

49. 上一頁 下一頁 節目錄 例題 5-1 一紅燈發出100 瓦特、波長為660 奈米的紅色光，試求其所發出之光通量 660 奈米紅色光之發光效率約為 0.1（見圖5-33）。故此波長的紅色光，1 瓦特的輻射通量約等於683 ×0.1 ＝ 68.3 流明，100 瓦特的輻射通量約等於100 ×68.3 ＝ 6830 流明。

50. 上一頁 下一頁 節目錄 光通量(luminous flux) • 一般利用電能發光的光源，每消耗1 瓦特電能所發出之光通量，很少能超過50 流明。 • 例如鎢絲燈與日光燈，大約分別為每瓦特15 與40 流明左右。