5-1 光的反射及面鏡成像 5-2 光的折射及透鏡成像 5-3 光的色散現象

1. 第 5 章　光 • 5-1　光的反射及面鏡成像 • 5-2　光的折射及透鏡成像 • 5-3 光的色散現象

2. 5-1　光的反射及面鏡成像 反射與反射定律 • 光照射到物體表面時，可能會被表面反射、透射、折射或被表面吸收。 • 入射線與反射線在法線的兩側，且三者在同一平面上。 • 入射角等於反射角。

3. 鏡面反射 • 光滑表面所產生的是有規則的反射，方向一致，稱為鏡面反射。

4. 漫反射 • 粗糙表面會產生不規則、方向散亂的反射，稱為漫反射。

5. 例題1 我們在教室中能看到整張桌子的全貌，其原因為 (A)桌面的鏡面反射 (B)桌面的漫反射 (C)桌面的折射 (D)桌面的全反射。

6. 例題2 光線的反射中，下列敘述何者錯誤？ (A)入射光和反射光的強度相同 (B)入射角和反射角大小相同 (C)入射線和反射線所包含的平面與反射界面垂直 (D)如入射光是單色光，反射後的頻率不變。

7. 像(image) • 光線經介質的反射或透射作用，再聚集後，看來就如同原物般的型態呈現，而所看到的再現物稱之為像。 • 實像：由實際光線聚集者。 • 虛像：由虛擬光線聚集者。

8. 平面鏡的成像 5-1-2　面鏡的成像 反射 • 面鏡的成像是依據光的原理產生的，面鏡可分為平面鏡與球面鏡兩種。 • 平面鏡成像的大小與物體的大小相等，且為正立的虛像。由像到鏡面垂直的距離與物到鏡面的垂直距離相等。

9. 鏡內的像與手大小、形狀均相同，但左右相反。鏡內的像與手大小、形狀均相同，但左右相反。 手放鏡旁

10. 平面鏡成像的性質 • 實物與鏡面的距離＝像與鏡面的距離。 • 像與原物體的形狀相同。 • 像與原物體的大小相等。 • 像與原物體的左右相反。 • 虛像。

11. 平面鏡的應用 • 潛望鏡內有兩個與水平面夾角為45°的平面鏡，可以將水面上的景物經兩次反射後所成的像，傳到水面下的觀測者。

12. 球面鏡的成像 • 球面鏡是以球面的一部分當作反射面。 • 以球的內曲面為反射面者稱為凹面鏡，以球的外曲面為反射面者稱為凸面鏡。

13. 面鏡與相關名詞介紹

14. 面鏡與相關名詞介紹 • C點是球面鏡的曲率中心 • 鏡面的中心點稱為鏡頂 • 曲率中心至鏡頂的直線稱為主軸 • 曲率中心至鏡頂的距離，稱為曲率半徑 R • F點稱為球面鏡的焦點 • 由焦點至鏡頂的距離 f ，稱為焦距

15. 面鏡之作圖法與成像性質 • 作圖法： • a. 和主軸平行的光線，反射後通過焦點。 • b. 入射鏡頂的光線，反射線和入射線對 稱於主軸。 • c. 經過焦點的光線，反射後平行主軸。 • d. 經過曲率中心的光線，經反射後沿入 射線反射。

16. 面鏡成像性質 a. 物在凹面鏡前焦距外： 像為倒立實像。 b. 物在凹面鏡前焦點內： 像為正立放大虛像。 c. 若物在凸面鏡前： 像為正立縮小的虛像。

17. 光的折射與折射率 5-2　光的折射及透鏡成像 • 光從一介質進入另一介質時，因光的速率不同，行進方向會偏折，此現象稱為光的折射。 • 折射線與法線之夾角θr，稱為折射角。 • 入射線、法線及折射線必在同一平面上。

18. 光的折射 • 光線發生折射時，入射線、折射線、入射點法線三者，必在同一平面上。 • 若入射角為零，則折射角亦為零。 • 若入射角不為零，則折射角必不等於入射角。

19. 入射點法線與折射光線所形成的夾角r，稱為折射角。入射點法線與折射光線所形成的夾角r，稱為折射角。

20. 折射率 • 真空中光速 c與介質中光速 v的比值，稱為該介質對光波的折射率，一般以 n 表示。

21. 由折射率較小之介質進入折射率較大之介質時，入射角恆大於折射角，即折射後之光線偏向法線。由折射率較小之介質進入折射率較大之介質時，入射角恆大於折射角，即折射後之光線偏向法線。

22. 由折射率較大之介質進入折射率較小之介質時，入射角恆小於折射角，即折射後之光線偏離法線。由折射率較大之介質進入折射率較小之介質時，入射角恆小於折射角，即折射後之光線偏離法線。

23. 由同一種介質中斜射進入數種不同介質中時，折射率愈大之介質，其折射角愈小。由同一種介質中斜射進入數種不同介質中時，折射率愈大之介質，其折射角愈小。

24. 不論是哪種情形，入射角變大時，折射角也會隨著變大。不論是哪種情形，入射角變大時，折射角也會隨著變大。

25. 例題3 有甲、乙兩介質，甲介質的折射率較乙介質大，則： (A)光由甲介質斜向射入乙介質時，入射角大於折射角 (B)光由甲介質射入乙介質時，速率增加 (C)光由甲介質射入乙介質，波長變短 (D)光在甲、乙介質中速率不改變。

26. 折射實例 液面之上方所看到之水深（稱為視深），較實際水深為淺。

27. 試管浸入水中看來好像斷為兩截，其道理相似。試管浸入水中看來好像斷為兩截，其道理相似。

28. 折射實例

29. 例題一玻璃的折射率為 1.5，則光在玻璃中之速率為何？ 解：

30. 類題一 若光在某介質中之速率為1.5x108 m/s，則該介質之折射率為何？ 解：

31. 例題4 太陽光在真空中以光速C前進，c＝3×108m/s，若光由太陽至地球費時500秒，則太陽和地球之距離為何？ (A)1.5×1011 (B)3×1011 (C)1.5×1010 (D)3×1010 m。 解：

32. 例題5 宇宙浩瀚至極，星球和星系間距離之遠令人難以想像。我們常以「光年」做為天文學中的距離單位。光年即為光走一年的距離，試計算一光年為？ (A)9×1010 (B)1.9×1015 (C)9.5×1015 (D)8.4×1014 m。 解：

33. 透鏡的成像 • 一般都是用透明介質製成。 • 其表面通常為球面、圓柱面或平面，可以使光線有規則的偏折。

34. 三稜鏡 • 三稜鏡(prism)，各面均為平面，當光由空氣中進入左面時，會偏向法線N，而由右面射出回到空氣中時，則會偏離法線N'。 • 在此兩面之折射，均使光線朝下偏向（偏向三稜鏡底部）。

35. 三稜鏡 • 三稜鏡(prism)，各面均為平面，當光由空氣中進入左面時，會偏向法線N，而由右面射出回到空氣中時，則會偏離法線N'。 • 在此兩面之折射，均使光線朝上偏向（偏向三稜鏡底部）。

36. 將此二稜鏡組合如圖，則具有使平行光線會聚之功能。將此二稜鏡組合如圖，則具有使平行光線會聚之功能。

37. 將此二稜鏡組合如圖，則具有使平行光線發散之功能。將此二稜鏡組合如圖，則具有使平行光線發散之功能。

38. 凸透鏡與平面稜鏡 • 凸透鏡使光線會聚之功能與上圖所舉之平面稜鏡，道理是相同的。

39. 凹透鏡與平面稜鏡 • 凹透鏡使光線發散之功能與上圖所舉之平面稜鏡，道理是相同的。

40. 凸透鏡與凹透鏡 • 一般之凸透鏡或凹透鏡，其鏡面多為球形面，而非平面。 • 透鏡中間的厚度比邊緣厚度大的，稱為凸透鏡，反之，稱為凹透鏡。 • 兩面均向外凸出的透鏡稱為雙凸透鏡；兩面均向內凹入的透鏡稱為雙凹透鏡。

41. 透鏡與相關名詞介紹 • 主軸：通過雙凸透鏡最厚或最薄部分的直線。 • 鏡心：就兩面呈對稱之透鏡而言，主軸上與透鏡兩面等距之點O。 • 實焦點：任何平行於主軸之光線，經凸透鏡折射後，折射光線均會通過主軸上同一點 F ，此點稱為焦點。 • 虛焦點：任何平行於主軸之光線，經凹透鏡折射後，折射光線反向延伸，均會通過主軸上同一點 F ，此點稱為焦點。 • 焦距：鏡心至焦點之距離，以f表示之。

42. 雙凸透鏡

43. 雙凹透鏡

44. 透鏡之作圖法與成像性質 • 平行於主軸之光線，經凸透鏡折射後會通過鏡後焦點 F2，凹透鏡折射線向後延長線會交於鏡前焦點 F2。 • 通過焦點 F1 的光線，經透鏡折射後平行於主軸。 • 通過鏡心的光線，折射後行進方向不變。

45. 透鏡之成像性質

46. 眼睛異常-近視之矯正 • 近視眼的眼球太長，以致無限遠處的景物，透過鬆弛的晶狀體後，只能成像於視網膜之前。 • 使近視眼的人看清楚遠物，可以利用凹透鏡，增加光的發散性，使遠物成像在網膜上.

47. 眼睛異常-遠視之矯正 • 遠視眼的眼球太短，以致無限遠處的景物，透過鬆弛的晶狀體後，只能成像於視網膜之後 • 要使遠視眼或老花眼的人看清楚近物，可以利用凸透鏡，增加光的會聚性，使近物成像在網膜上。

48. 例題6 當一個物體在2倍焦距外朝凸透鏡焦點移動時，其像的變化及性質，下列何者正確？ (A)像由小變大，遠離凸透鏡 (B)像由大變小，接近凸透鏡 (C)像由小變大，接近凸透鏡 (D)像由大變小，遠離凸透鏡 (E)成像在鏡後，移動方向與物體反向。

49. 例題7 人看物體時在視網膜所成的像為 (A)倒立虛像 (B)倒立實像 (C)正立虛像 (D)正立實像。

50. 例題8 遠視眼需配戴何種眼鏡矯正？其理由為何？ (A)凹透鏡，因為它能發散光線 (B)凸透鏡，因為它能發散光線 (C)凹透鏡，因為它能會聚光線 (D)凸透鏡，因為它能會聚光線。