光的反射與折射

光的反射與折射第1頁/共117頁波的性質(zhì)

第2頁/共117頁1.波動(dòng)的現(xiàn)象：石子落入水中形成漣漪。繩子的一端上下振動(dòng)，形成脈動(dòng)傳播。將彈簧前後壓縮，形成疏密部向前傳遞。一、波的認(rèn)識(shí)第3頁/共117頁2.波動(dòng)的性質(zhì)：波動(dòng)是一種質(zhì)點(diǎn)的集體動(dòng)作，波所傳播的不是質(zhì)點(diǎn)而是能量，而質(zhì)點(diǎn)只是在原處附近振動(dòng)。波在同一介質(zhì)中具有相同的波速，與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度及振幅無關(guān)。波動(dòng)在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，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(zhì)來傳遞：力學(xué)波：需借介質(zhì)來傳播的波動(dòng)。本章所討論的皆為力學(xué)波。非力學(xué)波：不需介質(zhì)來傳遞的波動(dòng)，如電磁波、重力波等。第4頁/共117頁(2)依介質(zhì)的振動(dòng)方向來區(qū)分：橫波：介質(zhì)的振動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向垂直。縱波：介質(zhì)的振動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向平行。註：水波傳播時(shí)，水分子運(yùn)動(dòng)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(dòng)沿彈簧向右前進(jìn)，則如圖之瞬間：(1)哪些點(diǎn)的位移向下？(2)哪些點(diǎn)的速度方向向上？(3)哪些點(diǎn)的瞬時(shí)速率最大？(4)哪些點(diǎn)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(shí)間t=0s時(shí)的波形如圖所示。假設(shè)繩上的波速為20m/s，考慮繩上P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，其坐標(biāo)為x=30m，下列敘述何者正確？(A)P點(diǎn)將朝+y方向移動(dòng)(B)P點(diǎn)將朝–y方向移動(dòng)(C)P點(diǎn)在t=0.5s時(shí)的位移最大(D)P點(diǎn)在t=1.0s時(shí)的位移最大(E)P點(diǎn)在t=0.5s時(shí)，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(xì)繩連接於鉛直振動(dòng)的彈簧，可產(chǎn)生正弦的週期列波。振幅A：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)與其平衡位置的最大距離。週期T：質(zhì)點(diǎn)完成一次振動(dòng)的時(shí)間。頻率f：單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)。f=1/T波長λ：波動(dòng)經(jīng)過一個(gè)週期所行進(jìn)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(gè)橫波，都沿正x軸方向傳播，若x軸上O與P兩點(diǎn)間距離為L，在時(shí)間看到此四個(gè)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?yàn)槎?gt;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(shí)間後，O點(diǎn)最早出現(xiàn)下一個(gè)波峰的是乙(E)在時(shí)間後，O點(diǎn)最早出現(xiàn)下一個(gè)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(shí)線為某向左行進(jìn)的橫波在t＝0秒時(shí)的波形，而虛線則為t＝1秒時(shí)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(nèi)，A、B、C、D四個(gè)質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)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(shí)驗(yàn)：

右圖所示的水波槽實(shí)驗(yàn)裝置是觀察水波性質(zhì)的利器，圖中以小馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的長條木棒，可產(chǎn)生直線波；棒上另裝的小塑膠球在觸及水面時(shí)，可作為點(diǎn)波源，產(chǎn)生圓形波。強(qiáng)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(shí)驗(yàn)裝置二、水波

第11頁/共117頁下圖(a)所示的照片為當(dāng)水波槽內(nèi)產(chǎn)生直線週期波時(shí)，在某一時(shí)刻槽下方白紙上所顯示的影像。水面上的凸起處能會(huì)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(dòng)位置相同的點(diǎn)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(shí)刻相鄰波峰的連線，暗紋中心為同一時(shí)刻相鄰波谷的連線。②上頁圖(b)為點(diǎn)波源所產(chǎn)生的週期圓形波，波沿向外輻射的方向行進(jìn)（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(jìn)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(cè)，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(cè)，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(dòng)的一種現(xiàn)象，當(dāng)水波行進(jìn)時(shí)，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(dāng)波長與障礙物或空隙大小相近時(shí)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(guān)，第21頁/共117頁(2)干涉：沿同一直線往返傳播的波動(dòng)能夠互相疊加。兩個(gè)以上的波在二維以上的介質(zhì)或空間中傳播時(shí)，也會(huì)互相疊加，稱為干涉。例如水波槽中有兩個(gè)波源同時(shí)振動(dòng)時(shí)，在水波槽中會(huì)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(shí)驗(yàn)時(shí)，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(jìn)方向偏折的原因是因?yàn)樗ㄋ俾实母淖?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(dòng)自甲區(qū)傳至乙區(qū)，如右圖所示。已知甲區(qū)脈動(dòng)之波前與兩區(qū)界線所成角度為45°；又乙區(qū)脈動(dòng)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(jìn)，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(shí)，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(dòng)繩子兩端形成繩波，當(dāng)兩繩波交會(huì)時(shí)，會(huì)因干涉而產(chǎn)生不同的波形，則有關(guān)波的干涉，下列敘述何者正確？

(A)兩波互相疊加時(shí)，其合成波振幅必變大(B)兩波互相疊加時(shí)，其合成波振幅必變小(C)兩波互相疊加時(shí)，其波形必相消(D)兩波互相疊加時(shí)，其波形必相長(E)兩波交會(huì)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(yùn)動(dòng)而重疊時(shí)，經(jīng)過一極短時(shí)間後，下列敘述何者正確？（位移以上為正）

(A)兩波重疊時(shí)

A點(diǎn)位移為零(B)兩波重疊時(shí)

A點(diǎn)位移為正

(C)兩波重疊時(shí)

B點(diǎn)位移為零(D)兩波重疊時(shí)

B點(diǎn)位移為負(fù)

(E)兩波重疊時(shí)

C點(diǎn)位移為零答案：E第29頁/共117頁聲波的產(chǎn)生：物體因振動(dòng)對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生擾動(dòng)，使周圍空氣分子在其平衡位置振動(dòng)，產(chǎn)生疏密的波動(dòng)。聲波必須依靠介質(zhì)的擾動(dòng)來傳送能量，屬於力學(xué)波的一種。聲波傳入人耳，使鼓膜產(chǎn)生同頻率的振動(dòng)，即可聽到聲音。取一內(nèi)有空氣的長管子，管的左端有一揚(yáng)聲器，其皮膜作週期性的前後振動(dòng)，使氣體受壓縮而產(chǎn)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(zhì)中的傳播速率，稱為聲速。在不同介質(zhì)與溫度下，聲速大小不同。一般而言，在不同的介質(zhì)狀態(tài)中其聲速大小順序?yàn)椋汗腆w>液體>氣體。在乾燥無風(fēng)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(huì)被吸收，有一部分會(huì)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(yīng)用：

(a)聲納：在水中發(fā)出聲波，利用反射波傳回的時(shí)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(dāng)聽到磚牆反射的回聲時(shí)，立即再次敲擊。若第1次敲擊與第21次敲擊的時(shí)間間隔為10秒，則當(dāng)時(shí)的聲速約為多少公尺／秒？

【91.學(xué)測補(bǔ)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(fàn)圍：

一般人所能聽到的聲波範(fàn)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(yīng)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(jié)石、腦部瘀血。

②聲下波應(yīng)用：許多自然災(zāi)害如地震、火山爆發(fā)、龍捲風(fēng)等在發(fā)生前都會(huì)發(fā)出聲下波，因此科學(xué)家常利用聲下波來研究天災(zāi)及地質(zhì)、大氣結(jié)構(gòu)等。

第34頁/共117頁5.聲音的繞射：因?yàn)槁暡ǖ牟ㄩL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(yīng)：都卜勒效應(yīng)簡介警車或救護(hù)車上的警笛，雖然在車子靜止或快速行駛時(shí)，其發(fā)出頻率都相同，但是如果聲源相對(duì)接近觀察者，則觀察者所聽到的聲波頻率（稱為視頻率）會(huì)升高；反之，如果聲源相對(duì)遠(yuǎn)離觀察者，則視頻率會(huì)降低。這種由於聲源與觀察者之間的相對(duì)速度，使觀察者接收到的聲波音調(diào)或頻率，與聲源實(shí)際所發(fā)出者不同的現(xiàn)象，稱為都卜勒效應(yīng)，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(yīng)分析觀察者向靜止聲源移近由於觀察者的運(yùn)動(dòng)，他在每單位時(shí)間所接收的波數(shù)會(huì)較靜止時(shí)多一些，因此視頻率變高了。雖然聲波實(shí)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(huì)變大。第36頁/共117頁觀察者遠(yuǎn)離靜止聲源由於聽者的運(yùn)動(dòng)，觀察者在每單位時(shí)間所接收的波數(shù)會(huì)較靜止時(shí)少一些，因此視頻率變低。雖然聲波實(shí)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(huì)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(jìn)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(yuǎn)離靜止觀察者由於聲源與前進(jìn)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(yīng)的應(yīng)用不只聲波，所有的波動(dòng)都會(huì)有類似的都卜勒效應(yīng)。以光波為例，當(dāng)光源與觀察者相對(duì)接近，則所見光波的頻率會(huì)增加，也就是說光的頻率會(huì)往較短波長的藍(lán)光方向偏移，因此這個(gè)現(xiàn)象稱為藍(lán)移。反過來，如果光源與觀察者相對(duì)遠(yuǎn)離，則光波的頻率會(huì)降低，也就是說光的頻率會(huì)往較長波長的紅光方向偏移，此時(shí)稱為紅移。此現(xiàn)象可用於觀察和分析星球的運(yùn)動(dòng)，故都卜勒效應(yīng)在天文學(xué)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(yīng)的應(yīng)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(jī)可聽到比2000赫高的聲音(B)當(dāng)卡車與警車愈接近，卡車司機(jī)聽到的聲波頻率就愈高(C)卡車司機(jī)所測得的聲速也加快(D)卡車司機(jī)聽到的聲波頻率變高，是因?yàn)槁暡ㄐ羞M(jìn)時(shí)的波長變短了(E)當(dāng)卡車經(jīng)過警車後，以同樣速率遠(yuǎn)離警車而去，則卡車司機(jī)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(yùn)動(dòng)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(jìn)，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(jìn)，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(duì)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(duì)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(guān)。聲源靜止時(shí)，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(huì)因?yàn)橛^察者的運(yùn)動(dòng)而改變。第43頁/共117頁

例題：有一個(gè)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(gè)人分別靜止站在喇叭周圍的東西南北四個(gè)方位。當(dāng)時(shí)有風(fēng)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(yù)試試題】答案：E※聲源與觀察者有相對(duì)速度時(shí)，才會(huì)發(fā)生都卜勒效應(yīng)。第44頁/共117頁

光的本質(zhì)說

第45頁/共117頁一、光的粒子學(xué)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(zhì)量極小，但仍受重力和鄰近物質(zhì)分子之引力。2.以微粒說解釋光學(xué)現(xiàn)象：(1)光的微粒說可以解釋光的獨(dú)立性、光的直進(jìn)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(shí)與反射面作完全彈性碰撞，因此由動(dòng)能守恆與動(dòng)量（平行於界面分量）守恆得(3)微粒說解釋折射現(xiàn)象：當(dāng)光粒子自真空中以速率c射向一介質(zhì)表面並穿入介質(zhì)內(nèi)以v的速率繼續(xù)行進(jìn)時(shí)，第47頁/共117頁θiθr3.光微粒說的困難：(1)無法解釋介質(zhì)界面所產(chǎn)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(yù)測了在介質(zhì)中的光速較真空中大，後經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)錯(cuò)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(dòng)學(xué)說由海更士提出，光為利用稱為”以太”的介質(zhì)傳播的波動(dòng)。海更士原理：波動(dòng)的波前上每一點(diǎn)皆可視為一個(gè)新的點(diǎn)波源，以各新點(diǎn)波源為中心各自發(fā)出子波，所有子波的包絡(luò)面形成新的波前?？捎脕斫忉尣ㄇ暗男纬珊筒ǖ膫鞑ァ?.光的波動(dòng)說可解釋的光學(xué)現(xiàn)象直進(jìn)現(xiàn)象光的獨(dú)立性反射定律折射定律部分反射與部分折射在介質(zhì)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(dòng)說的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)證實(shí)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(dòng)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(yīng)與康卜吞效應(yīng)。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(xué)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(zhì)傳播至另一介質(zhì)界面時(shí)，有部份或全部光線自界面返回原介質(zhì)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(cè)。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(jié)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(jīng)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(diǎn)光源S所發(fā)出之光線經(jīng)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(shí)像與虛像像：物體發(fā)出的光線經(jīng)反射或折射後會(huì)聚而成的圖形，稱為物體的像?？煞殖蓪?shí)像：光線實(shí)際會(huì)聚而成的像。虛像：非光線實(shí)際會(huì)聚，而由其反向延伸線會(huì)聚而成的像。虛像實(shí)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(gè)平面鏡相交成直角，一物↑位於鏡前，此物經(jīng)平面鏡反射後的成像情形如右圖所示，三個(gè)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(gè)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(xué)測補(bǔ)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(xué)生四位，甲、乙、丙、丁，在教室內(nèi)排演話劇。當(dāng)教師站在門口黑點(diǎn)的位置，四位學(xué)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(xué)生？

【92.學(xué)測補(bǔ)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(duì)稱軸）旋轉(zhuǎn)180o，所產(chǎn)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(zhì)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(diǎn)。由光行進(jìn)路徑的可逆性可知，若由拋物面鏡的焦點(diǎn)射出之光線，則經(jīng)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(huì)聚於虛焦點(diǎn)，簡稱為焦點(diǎn)。光行進(jìn)路徑的可逆性可知，若射向凸面鏡焦點(diǎn)之光線，則經(jīng)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(yuǎn)鏡利用拋物面鏡會(huì)聚光線。碟型天線相當(dāng)於拋物面鏡，用以會(huì)聚遠(yuǎn)方傳來的電磁波。探照燈，將光源置於凹面拋物面鏡的焦點(diǎn)處，經(jīng)鏡面反射後的平行光可以傳至甚遠(yuǎn)處。拋物面鏡的應(yīng)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(diǎn)。通過焦點(diǎn)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(jìn)。入射於鏡頂O的光線，其反射光線對(duì)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(yuǎn)處像：位置：焦點(diǎn)上大?。阂稽c(diǎn)性質(zhì)：實(shí)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(zhì)：倒立實(shí)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(zhì)：倒立實(shí)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(zhì)：倒立實(shí)像，物體速度小於像的速度第68頁/共117頁5.物體位於焦點(diǎn)處像：位置：無窮遠(yuǎn)處大小：×性質(zhì)：×第69頁/共117頁6.物體位於焦點(diǎn)和鏡面之間像：位置：鏡後大?。悍糯笮再|(zhì)：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(diǎn)。指向焦點(diǎn)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(jìn)。入射於鏡頂O的光線，其反射光線對(duì)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(diǎn)與鏡面之間大?。嚎s小性質(zhì)：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(zhì)凹面鏡凸面鏡鏡後鏡後第73頁/共117頁

位置虛實(shí)正立倒立和實(shí)物相比的大小像物移動(dòng)速率之比較凹面鏡無窮遠(yuǎn)處P=焦點(diǎn)上實(shí)×一點(diǎn)物速>像速球心外P>2f球心與焦點(diǎn)間實(shí)倒較小球心上P=2f球心上實(shí)倒相等物速像速球心與焦點(diǎn)間f<P<2f球心外實(shí)倒較大物速<像速焦點(diǎn)上P=f無窮遠(yuǎn)×××焦點(diǎn)內(nèi)P<f鏡後虛正較大物速<像速焦點(diǎn)內(nèi)向鏡頂漸近鏡後移向鏡面虛正較大凸面鏡無窮遠(yuǎn)處P=焦點(diǎn)上虛×一點(diǎn)物速>像速鏡前P>0鏡後虛正較小鏡前向鏡頂漸進(jìn)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(zhì)第74頁/共117頁例題：取一個(gè)光亮的大湯匙舉在眼前，注視自己在湯匙凹面上的映像。當(dāng)湯匙自鼻樑開始外移至遠(yuǎn)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(shí)像，物體應(yīng)置於凹

面鏡前？

(A)焦距內(nèi)(B)焦點(diǎn)上(C)焦點(diǎn)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(diǎn)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(guān)「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(shí)際為大(E)在道路的轉(zhuǎn)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(zhì)進(jìn)入另一種不同的透明介質(zhì)時(shí)，在兩介質(zhì)的界面上會(huì)發(fā)生部分反射和部分折射的現(xiàn)象光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種不同的介質(zhì)時(shí)，因速度的改變產(chǎn)生行進(jìn)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(cè)。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(zhì)的折射率等於光在真空和在該物質(zhì)中傳播速率或波長的比值。物質(zhì)的折射率：第81頁/共117頁物態(tài)介質(zhì)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(zhì)對(duì)光的折射率第82頁/共117頁hθn實(shí)深h：物體的實(shí)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(shí)深與視深的關(guān)係：實(shí)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(huì)隨著視線的角度產(chǎn)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(zhì)甲經(jīng)介質(zhì)乙進(jìn)入介質(zhì)丙，光的路徑如右圖所示。若光在此三種介質(zhì)中的速率分別為v甲、v乙和v丙，則三者的大小關(guān)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(huì)增加(B)若光改自O(shè)B入射，則會(huì)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(xì)均勻的金屬圓棒，插入盛水之圓形透明玻璃杯內(nèi)。當(dāng)人眼由杯外略高於水面的位置，透過水面與杯子側(cè)面觀看水中的圓棒時(shí)，圓棒看似折斷，粗細(xì)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(xué)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(zhǔn)確判斷水深，有時(shí)導(dǎo)致溺水事件。若站在戶外游泳池旁，估計(jì)池水的深度，總會(huì)覺得池水比實(shí)際深度淺。此一錯(cuò)覺主要源自於下列哪一項(xiàng)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(huì)聚於焦點(diǎn)F，透鏡的左右兩邊的主軸上各有一個(gè)焦點(diǎn)，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(diǎn)F，稱為虛焦點(diǎn)。薄透鏡透鏡的焦點(diǎn)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(diǎn)。通過焦點(diǎn)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(yuǎn)處，成像於鏡後焦點(diǎn)處。物體位於凸透鏡前兩倍焦距以外，成像於鏡後焦點(diǎn)和兩倍焦距位置之間，為縮小的倒立實(shí)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(shí)像。物體位於鏡前焦點(diǎn)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(shí)像。第93頁/共117頁物體置於焦點(diǎn)上，成像於無窮遠(yuǎn)處。物體位於鏡前焦點(diǎn)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(diǎn)。指向凹透鏡後焦點(diǎn)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(diǎn)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（仍較原物體為小）且愈接近透鏡，如右圖。第96頁/共117頁凸透鏡物體位置成像實(shí)像或虛像放大或縮小正立或倒立位置∞

>p>2f實(shí)像縮小倒立2f>q>fp=2f實(shí)像同大倒立q=2f2f>p>f實(shí)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(shí)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(diǎn)內(nèi)薄透鏡的成像性質(zhì)第97頁/共117頁例題：有關(guān)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(shí)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(cè)，不論物距為何，所成之像均為虛像(E)物體於凸透鏡一側(cè)，不論物距為何，所成之像均為實(shí)像

答案：ACD第98頁/共117頁(2)一物體置於透鏡前，而在另一側(cè)成實(shí)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(shí)像，但亮度減低(E)仍成全部的實(shí)像，亮度和不遮住時(shí)完全一樣例題：

(1)設(shè)凸透鏡位置為O，焦距為f，在主軸上之一物體由無窮遠(yuǎn)處慢慢接近此透鏡之焦點(diǎn)，則物體實(shí)像位置的移動(dòng)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(jié)果：白光經(jīng)稜鏡兩次折射後，各色光的偏向角依序?yàn)樯F(xiàn)象：白色光經(jīng)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(duì)各色光的折射率不同所致。即物質(zhì)的折射率為波長或頻率的函數(shù)。第100頁/共117頁同一物質(zhì)中各色光的折射率：同一物質(zhì)中各色光的速率：結(jié)論：白光經(jīng)稜鏡折射後，各色光的偏向角依序?yàn)榈?01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(lán)(D)黃(E)紅。[66.日大]答案：B例題：色散產(chǎn)生的原因是，光由甲介質(zhì)進(jìn)入乙介質(zhì)時(shí)，(A)其相對(duì)折射率為光波波長的函數(shù)(B)光在其中一介質(zhì)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(jīng)兩次折射和一次內(nèi)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(nèi)。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(jīng)兩次折射和兩次內(nèi)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(nèi)的反射均非全反射

(2)霓的光線多