第四節　光的折射 一、光的折射 二、透鏡 三、眼睛 目　錄.

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1 第四節　光的折射 一、光的折射 二、透鏡 三、眼睛 目　錄

2 光的折射 光波沿著界面的法線方向前進，其進入介質後方向不會偏離原入射線的方向。
光波入射到界面時，若非沿著界面的法線方向前進，進入介質後，其前進方向會偏離原入射線的方向。 上一頁 下一頁 節目錄

3 入射點法線與折射光線所形成的夾角r，稱為折射角。
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4 光的折射 折射是所有波動共有的一種性質。 折射角的大小： 與入射角的大小有關。 與光在兩介質中的波速比值有關。 上一頁 下一頁 節目錄

5 折射率(index of refraction)
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。 上一頁 下一頁 節目錄

6 真空的折射率為 1 上一頁 下一頁 節目錄

7 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。 上一頁 下一頁 節目錄

8 光的折射 若入射角不為零，則： 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。 上一頁 下一頁
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9 光的折射 若入射角不為零，則： 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。 上一頁 下一頁
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10 不論是哪種情形，入射角變大時，折射角也會隨著變大。
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11 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。
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12 液面之上方所看到之水深（稱為視深），較實際水深為淺。
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13 試管浸入水中看來好像斷為兩截，其道理相似。
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14 7. 水中游魚所見水面上飛翔之蟲、鳥，其高度會比實際為低嗎？
參考： 由於折射，水中游魚所見水面上飛翔之蟲、鳥，其高度比實際為高。 上一頁 下一頁 節目錄

15 8. 斜插於水中之鉛筆或筷子，通常看起來好像在水面處斷成兩截，其原因為何？
參考： 由於水中的光源發出之光線，由水面進入空氣時，會偏離法線，因此在空氣中觀察水中物體時，會覺得物體的視深小於實深。 斜插於水中之鉛筆或筷子所成的像，由於水中部分視深小於實深，而露出水面部分，物與像重疊，因此在水面處形成”斷成兩截”的景象。 上一頁 下一頁 節目錄

16 下列哪種情況可能產生全反射？ (A)光由空氣進入玻璃中 (B)光由空氣進入水中 (C)光由水進入玻璃中 (D)光由水進入空氣中。 教學檢驗
5-4-60 上一頁 下一頁 節目錄

17 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
教學檢驗 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。 5-4-53 上一頁 下一頁 節目錄

18 透鏡 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。 上一頁 下一頁 節目錄

19 圖5-21 直立三稜鏡之折射，N、N' 為稜鏡面之法線。
三稜鏡(prism) 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）。 圖5-21 直立三稜鏡之折射，N、N' 為稜鏡面之法線。 上一頁 下一頁 節目錄

20 圖5-22 倒立三稜鏡之折射，N、N' 為稜鏡面之法線。
三稜鏡(prism) 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）。 圖5-22 倒立三稜鏡之折射，N、N' 為稜鏡面之法線。 上一頁 下一頁 節目錄

21 將此二稜鏡組合如圖，則具有使平行光線會聚之功能。
圖5-23 能使光會聚之三稜鏡組合 上一頁 下一頁 節目錄

22 將此二稜鏡組合如圖，則具有使平行光線發散之功能。
圖5-24 能使光發散之三稜鏡組合 上一頁 下一頁 節目錄

23 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。 上一頁 下一頁 節目錄

24 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。 上一頁 下一頁 節目錄

25 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。 上一頁 下一頁 節目錄

26 雙凸透鏡 主軸(principal axis)： 通過雙凸透鏡最厚部分的直線。 上一頁 下一頁 節目錄

27 雙凸透鏡 鏡心(vertex) ： 就兩面呈對稱之透鏡而言，主軸上與透鏡兩面等距之點O。 上一頁 下一頁 節目錄

28 雙凸透鏡 焦點(focal point)： 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。 上一頁
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29 雙凸透鏡 焦距(focal length) ： 鏡心至焦點之距離，以f 表示之。 圖5-25 雙凸透鏡 上一頁 下一頁 節目錄

30 雙凹透鏡 主軸(principal axis)： 通過雙凹透鏡最薄部分的直線。 圖5-26 雙凹透鏡 上一頁 下一頁 節目錄

31 雙凹透鏡 鏡心(vertex) ： 就兩面呈對稱之透鏡而言，主軸上與透鏡兩面等距之點O。 圖5-26 雙凹透鏡 上一頁 下一頁 節目錄

32 雙凹透鏡 焦點(focal point)： 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。 圖5-26 雙凹透鏡 上一頁 下一頁 節目錄

33 雙凹透鏡 焦距(focal length) ： 鏡心至焦點之距離，以f 表之。 上一頁 下一頁 節目錄

34 9. 對於兩面是對稱的透鏡而言， 兩面的焦距是否相等？ 其焦點是否左右各有一個？
參考： 在真空或均勻介質中，兩面對稱的透鏡，基於對稱考量，其兩面之焦距 相等，其焦點左右各有一個。 上一頁 下一頁 節目錄

35 10. 玻璃製成之凸透鏡或凹透鏡在水中使用時，其會聚或發散的功能， 是否會與在空氣中使用時一樣？
參考： 玻璃的折射率(n=1.5)大於水(n=1.33)與空氣(n=1.0)的折射率，故玻璃透鏡在水中使用時，其會聚或發散的作用，與在空氣中使用時一樣，但會聚或發散的程度會比在空氣中使用時為弱。（如果透鏡的折射率介於水與空氣的折射率之間時，其會聚或發散的作用，在水中使用與在空氣中使用時會相反）。 上一頁 下一頁 節目錄

36 教學檢驗 將凸透鏡放在水中時，其焦距： (A)變短 (B)變長 (C)不變 (D)視光的顏色而定。 5-4-23 上一頁 下一頁 節目錄

37 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
教學檢驗 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。 5-4-71 上一頁 下一頁 節目錄

38 簡易相機 成倒立實像 圖5-5 針孔照相機 上一頁 下一頁 節目錄

39 眼睛 圖5-27 人眼的主要構造 上一頁 下一頁 節目錄

40 眼睛 大致成球形（直徑約為2.3 公分） 裡面充滿液體（水狀液與玻璃狀液）
對經由角膜、穿過瞳孔、晶狀體而進入眼睛的光線，能產生折射，而加以會聚。 上一頁 下一頁 節目錄

41 眼睛 大部分的折射來自於角膜。 瞳孔可以張大或收縮以控制進入的光量。
晶狀體則可以藉睫狀肌的伸縮改變其折射面的彎曲度，以調整焦距，作用有如一凸透鏡，能使光聚焦到視網膜上，引發視覺，使人清晰地看到眼前的景物。 上一頁 下一頁 節目錄

42 眼睛 正常的眼睛在自然鬆弛狀態下，能使無限遠處的景物，成像於視網膜上。 圖5-28 正常眼睛的成像 上一頁 下一頁 節目錄

43 眼睛 以調節晶狀體改變焦距，可使眼前約25 公分（近點）到無限遠處（遠點）的景物，成像於視網膜上。 圖5-28 正常眼睛的成像 上一頁
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44 眼睛異常-近視 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。 上一頁 下一頁 節目錄

45 眼睛異常-遠視 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。 上一頁 下一頁 節目錄

46 眼睛異常-老花眼 老花眼，這是因為晶狀體的彈性變差，調節焦距的本領不足，無法使近處的景物成像於視網膜上。 上一頁 下一頁 節目錄

47 眼睛異常-矯正 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. 上一頁 下一頁 節目錄

48 眼睛異常-矯正 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。 上一頁 下一頁 節目錄

49 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。 教學檢驗 上一頁 下一頁 節目錄
5-4-52 上一頁 下一頁 節目錄

50 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
教學檢驗 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。 5-4-49 上一頁 下一頁 節目錄

51 5-4 光的折射 5-4-1 光的折射現象 5-4-2 透鏡

52 5-4-1 光的折射現象 光在兩介質的交界面上，除了反射之外，還有部分光線進入第二介質，但行進方向發生偏折，稱為折射。 入射光 反射光
折射光

53 5-4-1 光的折射現象 光在兩介質的交界面上發生折射時，入射線、法線、折射線、反射線，四線共平面，稱該平面為入射面，r為折射角。

54 5-4-1 光的折射現象 光進入其他介質中會發生偏折，是因為光在兩介質內傳播速率不同所致。
以啞鈴型車輪為例，由硬地滾向軟地時，A輪先駛入軟地，導致速率減慢，此時A、B輪速率不同，故使車軸行進方向偏折(偏向法線)。 當兩輪均進入軟地，則兩輪速率相同，車軸再度沿新的直線方向前進。

55 5-4-1 光的折射現象 一般而言，光進入光速慢的介質時，其折射線偏向法線、入射角大於折射角。
反過來說，光進入光速快的介質時，其折射線偏離法線、入射角小於折射角。 記憶小秘訣： 將法線想成執法者；將光線想像成小偷。當光跑得慢的時候，會被執法者抓到，所以偏向法線；反之，光跑得快的時候，執法者抓不到所以偏離法線。

56 5-4-1 光的折射現象 光的折射造成許多幻像，例如筷子插在水中會看起來向上偏折。這也是為什麼人看水中的魚，會覺得其位置較淺的原因。
想想看：下兩張圖有何不同呢？

57 5-4-1 光的折射現象 炎夏時，看到路面有遠方景物的倒影，像是積水一般。原因是陽光曝曬，靠近路面的空氣受熱、密度變小，使光速較快；離路面遠的上方空氣較冷、光速較慢，此為發生折射的幻象。 發生折射的光線 視線

58 5-4-1 光的折射現象 習題5-4 (12)光以相同的入射角從水中射出到四種不同介質中，其折射情形如下圖所示。試問光在哪一種介質中的傳播速率最快？ 解：(D)

59 5-4-2 透鏡 凡是中間部分較周圍部分厚的透鏡，都稱為凸透鏡；若中間部分較周圍部分薄的透鏡，則稱為凹透鏡。想想看：下列是什麼透鏡呢？有何功能？ 答：凸透鏡、凹透鏡、凸凹透鏡、凹凸透鏡、凸凹透鏡 聚光 散光 散光 聚光 散光

60 5-4-2 透鏡 將平行光射向凸透鏡，光經兩次折射後會聚於一點，稱為焦點，所以凸透鏡又稱會聚透鏡。焦點至透鏡中心的距離稱為焦距。

61 5-4-2 透鏡 將平行光射向凹透鏡，光經兩次折射後發散射出，將發散的光線反向延伸虛線，則相交於一點，稱為虛焦點，所以凹透鏡又稱發散透鏡。

62 5-4-2 透鏡 凸透鏡的成像做圖：先畫透鏡、焦點、參考線 平行主軸，通過焦點。 通過焦點，平行主軸。 通過鏡心，不偏折。 三條特性光線 ：
(光線到此偏折)

63 5-4-2 透鏡 凸透鏡的成像做圖的應用。 正立放大虛像 倒立縮小實像 倒立放大實像

64 5-4-2 透鏡 凹透鏡的成像做圖：先畫透鏡、焦點、參考線 平行主軸，通過焦點。 通過焦點，平行主軸。 通過鏡心，不偏折。 三條特性光線 ：
(光線到此偏折)

65 5-4-2 透鏡 凹透鏡的成像做圖的應用。(只有一種！) 正立縮小虛像

66 5-4-2 透鏡 照相機的基本原理，便是將物體的成像位置置於底片處，通常形成的像較實物為小。
可藉由前後調整鏡頭組、甚至加裝鏡頭組，來調整焦距的遠近，達到遠拍、近拍的目的。

67 5-4-2 透鏡 習題5-4 (10)現有一個透鏡，如果不用手指觸摸，你如何判斷他是凸透鏡或是凹透鏡？
解：用手電筒去照，看看是聚光(凸透鏡)還是散光(凹透鏡)。

68 網路資源： flash理化練功房 http://www.tnajh.ylc.edu.tw/~ldc/lightB1.html 好好玩物理網