光的反射與折射

光的反射與折射第1頁/共117頁波的性質

第2頁/共117頁1.波動的現(xiàn)象：石子落入水中形成漣漪。繩子的一端上下振動，形成脈動傳播。將彈簧前後壓縮，形成疏密部向前傳遞。一、波的認識第3頁/共117頁2.波動的性質：波動是一種質點的集體動作，波所傳播的不是質點而是能量，而質點只是在原處附近振動。波在同一介質中具有相同的波速，與質點振動速度及振幅無關。波動在同一介質中傳播時，波形保持不變。波有反射、折射、干涉、繞射及偏振等現(xiàn)象。3.波的種類：(1)依是否需要介質來傳遞：力學波：需借介質來傳播的波動。本章所討論的皆為力學波。非力學波：不需介質來傳遞的波動，如電磁波、重力波等。第4頁/共117頁(2)依介質的振動方向來區(qū)分：橫波：介質的振動方向與波的前進方向垂直?？v波：介質的振動方向與波的前進方向平行。註：水波傳播時，水分子運動的軌跡近似圓周，故水波不是單純的橫波或縱波，而是混合波，如下圖。

第5頁/共117頁例題：如圖示，一正弦的波動沿彈簧向右前進，則如圖之瞬間：(1)哪些點的位移向下？(2)哪些點的速度方向向上？(3)哪些點的瞬時速率最大？(4)哪些點是瞬間靜止的？ABCGDEF答：(1)DEF(2)CGD(3)G(4)BE

第6頁/共117頁例題：考慮一繩上沿+x方向傳播的脈波，在時間t=0s時的波形如圖所示。假設繩上的波速為20m/s，考慮繩上P點的運動，其坐標為x=30m，下列敘述何者正確？(A)P點將朝+y方向移動(B)P點將朝–y方向移動(C)P點在t=0.5s時的位移最大(D)P點在t=1.0s時的位移最大(E)P點在t=0.5s時，沿+y方向的速度為20cm/s。答案：AD第7頁/共117頁1.週期列波：一細繩連接於鉛直振動的彈簧，可產生正弦的週期列波。振幅A：質點振動時與其平衡位置的最大距離。週期T：質點完成一次振動的時間。頻率f：單位時間內振動的次數(shù)。f=1/T波長λ：波動經過一個週期所行進的距離，亦即相鄰兩波峰或相鄰兩波谷之間的距離。波速v：由波長的定義可知v＝λ/T＝fλ§2-2週期波第8頁/共117頁例題：波列很長的四個橫波，都沿正x軸方向傳播，若x軸上O與P兩點間距離為L，在時間看到此四個波的部份波形分別如圖的甲、乙、丙及丁所示，其波速分別為4v、3v、2v及v。則下列敘述中哪些正確？(A)頻率大小依序為丁>丙>乙>甲(B)甲與丁的週期相同，乙與丙的頻率相同(C)甲的波長是乙的兩倍，乙的波長則是丁的兩倍(D)在時間後，O點最早出現(xiàn)下一個波峰的是乙(E)在時間後，O點最早出現(xiàn)下一個波谷的是丙【96指考】答案：BCDE第9頁/共117頁例題：右圖所示的實線為某向左行進的橫波在t＝0秒時的波形，而虛線則為t＝1秒時的波形，已知橫波的週期為T，且0.7秒＜T＜0.9秒，則：

(1)振幅為何？(2)波長為何？(3)週期為何？頻率又為何？

(4)波速為何？

(5)在兩秒內，A、B、C、D四個質點移動的路徑長各為何？答案：(1)2公尺；(2)8公尺(3)1.25Hz；(4)10公尺/秒(5)20公分第10頁/共117頁1.水波槽實驗：

右圖所示的水波槽實驗裝置是觀察水波性質的利器，圖中以小馬達驅動的長條木棒，可產生直線波；棒上另裝的小塑膠球在觸及水面時，可作為點波源，產生圓形波。強光源裝置在水波槽的上方，在槽下方放置一張白紙，入射光將水波的影像投射在白紙上，可以方便地觀察水波的傳播情形。

▲水波槽實驗裝置二、水波

第11頁/共117頁下圖(a)所示的照片為當水波槽內產生直線週期波時，在某一時刻槽下方白紙上所顯示的影像。水面上的凸起處能會聚光線，在白紙上顯現(xiàn)亮紋；凹下處發(fā)散光線，顯現(xiàn)暗紋。

(a)

(b)

(c)第12頁/共117頁

2.波前：

(1)將振動位置相同的點所連起來的線或面稱為波前。例：①上頁圖(a)中的亮紋中心為同一時刻相鄰波峰的連線，暗紋中心為同一時刻相鄰波谷的連線。②上頁圖(b)為點波源所產生的週期圓形波，波沿向外輻射的方向行進（波前為圓形）。

(2)波的傳播方向與波前互相垂直例：水波的相鄰波峰連線為一波前，由觀察可知波的行進方向和波前垂直。

第13頁/共117頁(a)(b)

反射定律：①入射線與反射線在法線兩側，且三線共平面。②入射角等於反射角。

水波的反射：第14頁/共117頁(a)

(b)4.水波的折射：深水區(qū)：波長較長，波速較快。淺水區(qū)：波長較短，波速較慢。第15頁/共117頁折射定律：入射線與折射線在法線兩側，且三線共平面。

第16頁/共117頁5.水波的繞射與干涉：

(1)繞射：繞射是波動的一種現(xiàn)象，當水波行進時，若遇到障礙物，仍可繞過阻礙而出現(xiàn)，也可以通過空隙後，往各方向傳播，此現(xiàn)象稱為波的繞射；當波長與障礙物或空隙大小相近時較容易觀察到繞射的現(xiàn)象，如下圖(a)(b)。

(a)

(b)

第17頁/共117頁a.同樣障礙物，波長較長繞射較明顯。第18頁/共117頁b.同樣開口，波長較長繞射較明顯。第19頁/共117頁c.同樣波長，開口較小，繞射較明顯。第20頁/共117頁繞射是否明顯與波長λ和障礙物或開口的尺寸d有關，第21頁/共117頁(2)干涉：沿同一直線往返傳播的波動能夠互相疊加。兩個以上的波在二維以上的介質或空間中傳播時，也會互相疊加，稱為干涉。例如水波槽中有兩個波源同時振動時，在水波槽中會看到明暗相間的干涉條紋，如下圖(c)。

(c)

第22頁/共117頁例題：在水波槽實驗時，如右圖所示的直線形入射波（虛線代表之）遇到直線形障礙物後，哪一條直線最能代表反射波的波形？

答案：Ａ

第23頁/共117頁例題：如右圖是一直線形水波遇障礙物反射的情形，已知入射波前與反射面成40°，則反射波波前與反射線方向，下列何者正確？(A)(B)(C)(D)答案：D第24頁/共117頁(A)造成這種水波行進方向偏折的原因是因為水波速率的改變(B)甲區(qū)是淺水區(qū)，乙區(qū)是深水區(qū)(C)甲區(qū)是深水區(qū)，乙區(qū)是淺水區(qū)(D)入射角為45°，折射角為60°

(E)入射角為45°，折射角為30°

例題：水波中之脈動自甲區(qū)傳至乙區(qū)，如右圖所示。已知甲區(qū)脈動之波前與兩區(qū)界線所成角度為45°；又乙區(qū)脈動之波前與界線所成角度為120°，則下列敘述何者正確？答案：ABD第25頁/共117頁例題：一直線波列在水波槽中前進，在深淺不同的A、B介面處發(fā)生折射，已知入射波的波前與介面夾角為60°，折射波的波前與介面夾角為30°，則下列敘述哪些正確？

(A)入射角為60°(B)入射角為30°(C)折射角為30°(D)B為淺水區(qū)

(E)A為淺水區(qū)答案：ACD第26頁/共117頁例題：下列作水波繞射時，缺口寬度w，長度λ，何者最不顯著？

(A)w＝5cm，λ＝5cm

(B)w＝5cm，λ＝7cm

(C)w＝4cm，λ＝10cm

(D)w＝10cm，λ＝5cm

(E)w＝10cm，λ＝8cm答案：D第27頁/共117頁例題：抖動繩子兩端形成繩波，當兩繩波交會時，會因干涉而產生不同的波形，則有關波的干涉，下列敘述何者正確？

(A)兩波互相疊加時，其合成波振幅必變大(B)兩波互相疊加時，其合成波振幅必變小(C)兩波互相疊加時，其波形必相消(D)兩波互相疊加時，其波形必相長(E)兩波交會後，其波形不變

答案：E

第28頁/共117頁例題：如右圖，兩相同而上下顛倒的半圓形波相向運動而重疊時，經過一極短時間後，下列敘述何者正確？（位移以上為正）

(A)兩波重疊時

A點位移為零(B)兩波重疊時

A點位移為正

(C)兩波重疊時

B點位移為零(D)兩波重疊時

B點位移為負

(E)兩波重疊時

C點位移為零答案：E第29頁/共117頁聲波的產生：物體因振動對介質產生擾動，使周圍空氣分子在其平衡位置振動，產生疏密的波動。聲波必須依靠介質的擾動來傳送能量，屬於力學波的一種。聲波傳入人耳，使鼓膜產生同頻率的振動，即可聽到聲音。取一內有空氣的長管子，管的左端有一揚聲器，其皮膜作週期性的前後振動，使氣體受壓縮而產生空氣分子有疏密分布，藉空氣分子間碰撞，使此疏密分布向前傳播，故縱波又稱為疏密波。三、聲波第30頁/共117頁聲波的傳播速率：聲波在介質中的傳播速率，稱為聲速。在不同介質與溫度下，聲速大小不同。一般而言，在不同的介質狀態(tài)中其聲速大小順序為：固體>液體>氣體。在乾燥無風的空氣中，0℃的聲速約為331m∕s。氣溫每升高1℃，聲速約增加0.6m∕s，則空氣中聲波傳播速率v隨溫度t（℃）的變化可寫成第31頁/共117頁3.聲波的反射：

(1)回聲：聲音在傳播的過程中，有一部分會被吸收，有一部分會被障礙物彈回來，被彈回來的稱為回聲。

①遵守反射定律。②反射聲波的波速、頻率、週期、波長與原入射聲波相同。③振幅可能改變。④回聲與原聲必須相隔約0.1秒以上，人耳才可能察覺。⑤應用：

(a)聲納：在水中發(fā)出聲波，利用反射波傳回的時間長短，船舶可以測出海水深度。

(b)醫(yī)療：可利用頻率大於20000Hz的聲波來掃瞄胎兒的位置。

第32頁/共117頁例題：某人站在一面大磚牆前80公尺處，以木槌敲擊木塊，每當聽到磚牆反射的回聲時，立即再次敲擊。若第1次敲擊與第21次敲擊的時間間隔為10秒，則當時的聲速約為多少公尺／秒？

【91.學測補考】

(A)160

(B)180

(C)320

(D)340

(E)360答案：C第33頁/共117頁4.人耳的聽覺頻率範圍：

一般人所能聽到的聲波範圍為20赫茲至20000赫茲，稱為可聞聲。

頻率小於20赫茲的波聲下波（次聲波）頻率大於20000赫茲的波超聲（音）波①超聲波應用：

(a)清洗：超聲波可用來清洗眼鏡、珠寶、首飾及精密儀器

(b)醫(yī)療：超聲波可用來掃瞄胎兒的位置，亦可用來擊碎腎結石、腦部瘀血。

②聲下波應用：許多自然災害如地震、火山爆發(fā)、龍捲風等在發(fā)生前都會發(fā)出聲下波，因此科學家常利用聲下波來研究天災及地質、大氣結構等。

第34頁/共117頁5.聲音的繞射：因為聲波的波長比一般障礙物長度還大，所以容易繞過障礙物，稱為聲音的繞射。

例：隔牆有耳。

6.都卜勒效應：都卜勒效應簡介警車或救護車上的警笛，雖然在車子靜止或快速行駛時，其發(fā)出頻率都相同，但是如果聲源相對接近觀察者，則觀察者所聽到的聲波頻率（稱為視頻率）會升高；反之，如果聲源相對遠離觀察者，則視頻率會降低。這種由於聲源與觀察者之間的相對速度，使觀察者接收到的聲波音調或頻率，與聲源實際所發(fā)出者不同的現(xiàn)象，稱為都卜勒效應，由都卜勒（JohannChristianDoppler，1803～1853，奧地利人）於l842年首先提出。第35頁/共117頁都卜勒效應分析觀察者向靜止聲源移近由於觀察者的運動，他在每單位時間所接收的波數(shù)會較靜止時多一些，因此視頻率變高了。雖然聲波實際上的波速並沒有改變，觀察者所看到的波長（稱為視波長）也沒有改變，但視頻率變高，由v＝λf

可知，觀察者所測得的波速（稱為視波速）會變大。第36頁/共117頁觀察者遠離靜止聲源由於聽者的運動，觀察者在每單位時間所接收的波數(shù)會較靜止時少一些，因此視頻率變低。雖然聲波實際上的波速並沒有改變，視波長也沒有改變，但視頻率變低，由v＝λf可知，視波速會變小。第37頁/共117頁聲源向靜止觀察者移近由於聲源緊跟在前進的聲波後面，因而各波之間的距離縮短了，波長也因此減短了。

，但聲速v不變，故聽者收到的聲波頻率變高了。第38頁/共117頁聲源遠離靜止觀察者由於聲源與前進的聲波反向而行，因而各波之間的距離增大了，波長也因此增大了。

，但聲速v不變，故聽者收到的聲波頻率變低了。第39頁/共117頁3、都卜勒效應的應用不只聲波，所有的波動都會有類似的都卜勒效應。以光波為例，當光源與觀察者相對接近，則所見光波的頻率會增加，也就是說光的頻率會往較短波長的藍光方向偏移，因此這個現(xiàn)象稱為藍移。反過來，如果光源與觀察者相對遠離，則光波的頻率會降低，也就是說光的頻率會往較長波長的紅光方向偏移，此時稱為紅移。此現(xiàn)象可用於觀察和分析星球的運動，故都卜勒效應在天文學的研究中具有重要的地位。測量棒球球速或汽車車速的測速槍，亦為都卜勒效應的應用。第40頁/共117頁例題：一靜止的警車發(fā)出頻率為2000赫的聲波，距離警車100公尺的卡車以50公尺∕秒的速率朝警車而來，則下列敘述何者正確？

(A)卡車司機可聽到比2000赫高的聲音(B)當卡車與警車愈接近，卡車司機聽到的聲波頻率就愈高(C)卡車司機所測得的聲速也加快(D)卡車司機聽到的聲波頻率變高，是因為聲波行進時的波長變短了(E)當卡車經過警車後，以同樣速率遠離警車而去，則卡車司機可聽到比2000赫低的聲音。答案：AC第41頁/共117頁例題：有一波源向東運動並發(fā)出頻率，則觀察者所測得(A)觀察者靜止於波源前方，測得波長變小(B)觀察者靜止於波源後方，測得波長變大(C)觀察者在波源前方，向波源前進，測得波長變大(D)觀察者在波源前方，與波源同方向同速度前進，測得波長不變(E)觀察者在波源正後方，向波源接近，測得波長變小答案：AB第42頁/共117頁若相對速度的大小不變，觀察者所聽到的頻率為定值。換言之，只要觀察者與聲源相對速度的大小不變，觀察者所聽到的視頻率與兩者的距離無關。聲源靜止時，所發(fā)出的聲波波長與波速皆不變，觀察者所見的視波長亦不變，但視波速與視頻率會因為觀察者的運動而改變。第43頁/共117頁

例題：有一個喇叭靜置在操場的中央，其發(fā)出頻率為f，如右圖所示。有四個人分別靜止站在喇叭周圍的東西南北四個方位。當時有風從正東向正西方向吹，試問何者聽到的聲音頻率最高？(A)小明(B)小華(C)小英(D)小胖(E)四人所聽到的聲音頻率皆等於f?！靖淖?4大考中心預試試題】答案：E※聲源與觀察者有相對速度時，才會發(fā)生都卜勒效應。第44頁/共117頁

光的本質說

第45頁/共117頁一、光的粒子學說：由牛頓提出。1.光微粒模型：(1)光粒子體積極小，分佈甚為稀疏。(2)光粒子間彼此不相互作用。(3)光粒子速率極高。(4)光粒子為完全彈性體，與物體的碰撞為完全彈性碰撞。(5)光粒子質量極小，但仍受重力和鄰近物質分子之引力。2.以微粒說解釋光學現(xiàn)象：(1)光的微粒說可以解釋光的獨立性、光的直進現(xiàn)象、光的反射定律及光的折射定律。第46頁/共117頁(2)微粒說解釋反射現(xiàn)象：光粒子射到反射面時與反射面作完全彈性碰撞，因此由動能守恆與動量（平行於界面分量）守恆得(3)微粒說解釋折射現(xiàn)象：當光粒子自真空中以速率c射向一介質表面並穿入介質內以v的速率繼續(xù)行進時，第47頁/共117頁θiθr3.光微粒說的困難：(1)無法解釋介質界面所產生的部分反射與部分折射的現(xiàn)象。(2)雖解釋了光的折射現(xiàn)象，但預測了在介質中的光速較真空中大，後經實驗證實錯誤。(3)無法解釋光的干涉和繞射現(xiàn)象。法線第48頁/共117頁二、光的波動學說由海更士提出，光為利用稱為”以太”的介質傳播的波動。海更士原理：波動的波前上每一點皆可視為一個新的點波源，以各新點波源為中心各自發(fā)出子波，所有子波的包絡面形成新的波前?？捎脕斫忉尣ㄇ暗男纬珊筒ǖ膫鞑?。3.光的波動說可解釋的光學現(xiàn)象直進現(xiàn)象光的獨立性反射定律折射定律部分反射與部分折射在介質中的光速比在真空中小光的干涉與繞射光的偏振現(xiàn)象。第49頁/共117頁4.支持光的波動說的實驗1801年楊格發(fā)現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象。1801年夫瑞奈與佛郎何斐研究光的繞射現(xiàn)象。1850年富可測量出水中光速小於真空中光速。1864年馬克士威建立了電磁波理論，並推算出在真空中電磁波速度與真空中光速相等，推論光為電磁波的一種。1887年赫茲作實驗證實電磁波的存在，並證明電磁波具有反射、折射、偏振等光的現(xiàn)象。5.光波動說的困難1881年美國人邁克生與毛立證明“以太”是不存在的。無法解釋光電效應與康卜吞效應。第50頁/共117頁例題：下列各種物理現(xiàn)象中，哪一種是不能夠以幾何光學的理論來解釋的？ 【85.推甄】

(A)針孔成像(B)烈日下的樹影(C)肥皂泡薄膜的五顏六色(D)面鏡成像(E)月食

答案：Ｃ

第51頁/共117頁

光的反射與折射

第52頁/共117頁一、光的反射定律1.光的反射：光自一介質傳播至另一介質界面時，有部份或全部光線自界面返回原介質的現(xiàn)象。2.光的反射定律：

入射光線、反射光線和法線位在同一平面上（此平面稱為入射面），入射光線和反射光線位在法線的兩側。入射角等於反射角。第53頁/共117頁單向反射：一束平行光入射至一平滑的反射面，則反射光束也是平行光。漫射：一束平行光入射至一起伏不平的粗糙反射面，結果反射線往不同的方向射出。3.光反射的種類：第54頁/共117頁4.光路徑的可逆性第55頁/共117頁二、平面鏡的成像1.物體經平面鏡反射後所成的像大小與原物體相同。上下不顛倒。左右相反。物距等於像距。正立虛像。平面鏡如右圖，點光源S所發(fā)出之光線經平面鏡反射後，所有反射光看起來像是從鏡後S’

發(fā)出，S’稱為S的像。第56頁/共117頁2.實像與虛像像：物體發(fā)出的光線經反射或折射後會聚而成的圖形，稱為物體的像?？煞殖蓪嵪瘢汗饩€實際會聚而成的像。虛像：非光線實際會聚，而由其反向延伸線會聚而成的像。虛像實像第57頁/共117頁(A)此人看到影像中自己衣服上的字是「bq」(B)此人看到影像中自己衣服上的字是「pd」(C)此人看到影像中自己衣服上的字是「qb」(D)此人看到影像中自己衣服上的字是「dp」(E)此人不可能看到自己的影像。Syx例題：二平面鏡相交成90o，垂直立於xy面（即兩鏡面支線沿z軸）。一人與鏡子同高，身上衣服印有「pd」字樣，站在圖中S的位置，朝兩鏡子的交線看去，則下列敘述何者正確？S’答案：(B)第58頁/共117頁答案：B

例題：甲、乙兩個平面鏡相交成直角，一物↑位於鏡前，此物經平面鏡反射後的成像情形如右圖所示，三個虛像分別以像Ⅰ、像Ⅱ、像Ⅲ表示。若眼睛自P處望向乙鏡，則總共能看見哪幾個像出現(xiàn)在乙鏡中？(A)像Ⅰ、像Ⅱ、像Ⅲ

(B)像Ⅱ、像Ⅲ

(C)像Ⅰ

(D)像Ⅱ

(E)像Ⅲ

【91.學測補考】第59頁/共117頁例題：一教室的牆上有一平面鏡，右圖為其俯視圖。學生四位，甲、乙、丙、丁，在教室內排演話劇。當教師站在門口黑點的位置，四位學生分別位於圖中所示的位置，則教師由鏡中可以看到哪一位學生？

【92.學測補考】(A)甲(B)乙(C)丙(D)丁答案：A第60頁/共117頁三、拋物面鏡與球面鏡拋物面鏡將一拋物線繞著主軸（即對稱軸）旋轉180o，所產生的曲面稱為拋物面，以拋物面作成反射面的鏡子即為拋物面鏡。拋物面鏡的幾何性質任一平行於主軸的光線入射至拋物面鏡（凹面），其反射光線必定通過拋物線的焦點。由光行進路徑的可逆性可知，若由拋物面鏡的焦點射出之光線，則經由鏡面反射的光線必定平行於主軸。第61頁/共117頁任一平行於主軸的光線入射至拋物面鏡（凸面），其反射光線之反向延長線必會聚於虛焦點，簡稱為焦點。光行進路徑的可逆性可知，若射向凸面鏡焦點之光線，則經由凸鏡面反射的光線必定平行於主軸。第62頁/共117頁反射式天文望遠鏡利用拋物面鏡會聚光線。碟型天線相當於拋物面鏡，用以會聚遠方傳來的電磁波。探照燈，將光源置於凹面拋物面鏡的焦點處，經鏡面反射後的平行光可以傳至甚遠處。拋物面鏡的應用第63頁/共117頁凹面鏡成像作圖法則平行於主軸的入射光線，其反射光線通過焦點。通過焦點的入射光線，其反射光線平行於主軸。通過球心C的入射光線，其反射光線循入射光線的反方向行進。入射於鏡頂O的光線，其反射光線對稱主軸。第64頁/共117頁凹面鏡的成像（作圖法）1.物體在無窮遠處像：位置：焦點上大小：一點性質：實像第65頁/共117頁2.物體位於兩倍焦距（曲率中心）外像：位置：鏡前兩倍焦距與焦距之間大?。嚎s小性質：倒立實像，物體速度大於像的速度第66頁/共117頁3.物體位於兩倍焦距（曲率中心）處像：位置：鏡前兩倍焦距處大?。号c物同大小性質：倒立實像第67頁/共117頁4.物體位於焦距與兩倍焦距（曲率中心）之間像：位置：兩倍焦距（曲率中心）外大小：放大性質：倒立實像，物體速度小於像的速度第68頁/共117頁5.物體位於焦點處像：位置：無窮遠處大小：×性質：×第69頁/共117頁6.物體位於焦點和鏡面之間像：位置：鏡後大?。悍糯笮再|：正立虛像，物體速度小於像的速度第70頁/共117頁凸面鏡成像作圖法則平行於主軸的入射光線，其反射光線的反向延長線通過焦點。指向焦點的入射光線，其反射光線平行於主軸。指向曲率中心C的入射光線，其反射光線循入射光線的反方向行進。入射於鏡頂O的光線，其反射光線對稱主軸。第71頁/共117頁凸面鏡的成像（作圖法）物體置於凸面鏡前像：位置：鏡後虛焦點與鏡面之間大?。嚎s小性質：正立虛像，物體速度大於像的速度第72頁/共117頁球面鏡成像性質凹面鏡凸面鏡鏡後鏡後第73頁/共117頁

位置虛實正立倒立和實物相比的大小像物移動速率之比較凹面鏡無窮遠處P=焦點上實×一點物速>像速球心外P>2f球心與焦點間實倒較小球心上P=2f球心上實倒相等物速像速球心與焦點間f<P<2f球心外實倒較大物速<像速焦點上P=f無窮遠×××焦點內P<f鏡後虛正較大物速<像速焦點內向鏡頂漸近鏡後移向鏡面虛正較大凸面鏡無窮遠處P=焦點上虛×一點物速>像速鏡前P>0鏡後虛正較小鏡前向鏡頂漸進鏡後移向鏡面虛正較小平面鏡鏡前d處鏡後d處虛正相等物速像速鏡前向鏡面移近鏡後移向鏡面

虛正相等鏡別物之位置像之位置與性質第74頁/共117頁例題：取一個光亮的大湯匙舉在眼前，注視自己在湯匙凹面上的映像。當湯匙自鼻樑開始外移至遠處，此映像：

(A)一直保持正立(B)一直保持倒立(C)先是正立，後來變成倒立(D)先是倒立，後來變成正立

答案：C第75頁/共117頁例題：利用凹面鏡欲得物體的放大實像，物體應置於凹

面鏡前？

(A)焦距內(B)焦點上(C)焦點與兩倍焦距之間

(D)兩倍焦距與四倍焦距之間(E)四倍焦距外答案：C第76頁/共117頁例題：如右圖所示，正方形ABCD置於球心O與焦點F之間，則其所形成之像為ABDCOFV(A)在FV間，形狀為ABDC(B)在鏡後，形狀為ABDC(C)在O之左，形狀為ABDC(D)在O之左，形狀為CDBA(E)在O之左，形狀為CABD答案：(D)第77頁/共117頁例題：下列有關「凸面鏡」的成像，何者正確？(A)凸面鏡的成像是利用光的反射原理(B)單一凸面鏡可得到放大的虛像(C)凸面鏡所成的像，無法以紙屏呈像(D)透過凸面鏡所作成之後視鏡，駕駛員所見物體之像較實際為大(E)在道路的轉彎處豎立的面鏡即為凸面鏡答案：ACE第78頁/共117頁四、折射定律光從一種介質進入另一種不同的透明介質時，在兩介質的界面上會發(fā)生部分反射和部分折射的現(xiàn)象光從一種介質進入另一種不同的介質時，因速度的改變產生行進方向發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為折射現(xiàn)象。折射現(xiàn)象：第79頁/共117頁入射線、折射線和法線均在同一平面上，且入射線和折射線分別在法線的兩側。入射角和折射角的正弦值比值為一定值，即折射定律（司乃耳定律）第80頁/共117頁物質的折射率等於光在真空和在該物質中傳播速率或波長的比值。物質的折射率：第81頁/共117頁物態(tài)介質折射率固體瑪瑙1.55鑽石2.42玻璃1.50塑膠1.3～1.4冰1.30液體苯1.50四氯化碳1.46乙醇(酒精)1.36甲醇(木精)1.33水（20o）1.33氣體空氣（0℃）1.00029介質對光的折射率第82頁/共117頁hθn實深h：物體的實際深度。視深h’：觀察者測到的深度。眼睛在物體的正上方看物體，則實深與視深的關係：實深與視深第83頁/共117頁物像（二）像（三）像（四）像（一）觀察位置（一）觀察位置（二）觀察位置（三）觀察位置（四）如果觀察者的位置不是在物體的正上方，則觀察到物體影像的深度也會隨著視線的角度產生變化，觀察視線與界面的法線夾角越大，觀察到的視深也越淺，如右圖所示。觀察位置不在物體正上方之視深第84頁/共117頁例題：一光線由介質甲經介質乙進入介質丙，光的路徑如右圖所示。若光在此三種介質中的速率分別為v甲、v乙和v丙，則三者的大小關係為下列何者？

(A)v甲＞v乙＞v丙

(B)v甲＞v乙＝v丙

(C)v乙＞v甲＞v丙

(D)v乙＞v甲＝v丙

(E)v乙＜v甲＝v丙

答案：A

第85頁/共117頁例題：如右圖所示，一光線在水中沿AO入射至玻璃後，沿OB折射。下列敘述何者正確？(A)若入射角增大，折射角也會增加(B)若光改自OB入射，則會沿OA折射(C)光在水中的速率小於在玻璃中的速率(D)光在水中的頻率小於在玻璃中的頻率(E)光在水中的波長等於在玻璃中的波長答案：AB第86頁/共117頁例題：將粗細均勻的金屬圓棒，插入盛水之圓形透明玻璃杯內。當人眼由杯外略高於水面的位置，透過水面與杯子側面觀看水中的圓棒時，圓棒看似折斷，粗細也不均勻。若以灰色線段代表看到的水中圓棒，則下列哪一圖是人眼看到的景象？ 【92.學測】

(A)(B)(C)(D)答案：A

第87頁/共117頁例題：游泳戲水是炎夏消暑的良方之一，但因無法準確判斷水深，有時導致溺水事件。若站在戶外游泳池旁，估計池水的深度，總會覺得池水比實際深度淺。此一錯覺主要源自於下列哪一項原因？(A)光在水中的色散現(xiàn)象(B)池底的反射光在水面的折射現(xiàn)象(C)目光在水面的反射現(xiàn)象(D)陽光在水面的反射現(xiàn)象答案：B第88頁/共117頁例題：將玻璃透鏡置於空氣中，若光線通過鏡心，則下列路徑何者正確？ 【84.推甄】

(A)(B)(C)(D)答案：C

第89頁/共117頁凸透鏡使平行於主軸的入射光線會聚於焦點F，透鏡的左右兩邊的主軸上各有一個焦點，兩邊的焦距相等。凹透鏡使平行於主軸的入射光線發(fā)散，但這些射出光線的延長線相交於同一點F，稱為虛焦點。薄透鏡透鏡的焦點第90頁/共117頁作圖法則：平行於主軸的入射光線，折射後通過鏡後的焦點。通過焦點的入射光線，折射後平行於主軸。通過鏡心的入射光線，直接通過透鏡，沒有偏移。薄凸透鏡的成像第91頁/共117頁凸透鏡的各種成像情形：物體置於無窮遠處，成像於鏡後焦點處。物體位於凸透鏡前兩倍焦距以外，成像於鏡後焦點和兩倍焦距位置之間，為縮小的倒立實像。第92頁/共117頁物體剛好位在鏡前兩倍焦距處，成像於鏡後兩倍焦距的位置，為一同大的倒立實像。物體位於鏡前焦點和兩倍焦距位置之間，成像於鏡後兩倍焦距以外，為一放大的倒立實像。第93頁/共117頁物體置於焦點上，成像於無窮遠處。物體位於鏡前焦點和透鏡之間，在鏡前形成一放大的正立虛像。第94頁/共117頁作圖法則：平行於凹透鏡主軸的入射光線，則折射後射出光線的反方向延長線通過鏡前的焦點。指向凹透鏡後焦點的入射光線，其折射後的射出光線平行於主軸。通過鏡心的入射光線，直接通過透鏡，沒有偏移。薄凹透鏡的成像第95頁/共117頁凹透鏡的成像情形：物體位於鏡前焦點和透鏡之間，在鏡前形成一縮小的正立虛像，如左圖。物體的位置愈靠近透鏡，所成的虛像愈大（仍較原物體為?。┣矣咏哥R，如右圖。第96頁/共117頁凸透鏡物體位置成像實像或虛像放大或縮小正立或倒立位置∞

>p>2f實像縮小倒立2f>q>fp=2f實像同大倒立q=2f2f>p>f實像放大倒立∞>q>2fp=f±∞p<f虛像放大正立鏡前0～∞凹透鏡物體位置成像實像或虛像放大或縮小正立或倒立位置任何位置虛像縮小正立鏡前焦點內薄透鏡的成像性質第97頁/共117頁例題：有關單一面鏡或單一透鏡之成像，下列何者為正確？(A)物體於平面鏡前，不論物距為何，所成之像均為虛像(B)物體於凹面鏡前，不論物距為何，所成之像均為實像(C)物體於凸面鏡前，不論物距為何，所成之像均為虛像(D)物體於凹透鏡一側，不論物距為何，所成之像均為虛像(E)物體於凸透鏡一側，不論物距為何，所成之像均為實像

答案：ACD第98頁/共117頁(2)一物體置於透鏡前，而在另一側成實像。若將透鏡上半部遮住，則：

(A)僅成物體下一半的像(B)僅成物體上一半的像(C)不能成像(D)仍成全部的實像，但亮度減低(E)仍成全部的實像，亮度和不遮住時完全一樣例題：

(1)設凸透鏡位置為O，焦距為f，在主軸上之一物體由無窮遠處慢慢接近此透鏡之焦點，則物體實像位置的移動情形為：

(A)O→f→∞(B)∞→O

(C)f→2f→∞(D)∞→f答案：(1)Ｃ；(2)Ｄ第99頁/共117頁7.色散現(xiàn)象色散結果：白光經稜鏡兩次折射後，各色光的偏向角依序為色散現(xiàn)象：白色光經稜鏡折射後分散成各種色光的現(xiàn)象，於1666年牛頓所發(fā)現(xiàn)。色散原因：色散的形成乃因稜鏡對各色光的折射率不同所致。即物質的折射率為波長或頻率的函數(shù)。第100頁/共117頁同一物質中各色光的折射率：同一物質中各色光的速率：結論：白光經稜鏡折射後，各色光的偏向角依序為第101頁/共117頁例題：在水中同一深度處排列五種色球。由水面上方鉛直俯視下去，覺得置於最淺者為(A)綠(B)紫(C)藍(D)黃(E)紅。[66.日大]答案：B例題：色散產生的原因是，光由甲介質進入乙介質時，(A)其相對折射率為光波波長的函數(shù)(B)光在其中一介質的速率為波長的函數(shù)(C)光的頻率發(fā)生變化(D)其波長與頻率的比值不變(E)其速率與頻率的比值不變。[72.日大]答案：AB第102頁/共117頁虹：陽光從水滴的上方射入，經兩次折射和一次內反射所生的色散現(xiàn)象。紅光與陽光入射方向夾42o角，紫光則為40o角。故紅光在外，紫光在內。紫紅自然界中的色散現(xiàn)象---虹與霓第103頁/共117頁霓：陽光從水滴的下方射入，經兩次折射和兩次內反射所生的色散現(xiàn)象。紅光與陽光入射方向夾51o角，紫光則為54o角。故紅光在下，紫光在上。註：(1)虹與霓的光線在水珠內的反射均非全反射

(2)霓的光線多