第三章：光與色的世界 第一節：光的直進 第二節：面鏡成像 第三節：透鏡成像 第四節：光學儀器 第五節：光與色 第六節：月相、日蝕與月蝕.

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1 第三章：光與色的世界 第一節：光的直進 第二節：面鏡成像 第三節：透鏡成像 第四節：光學儀器 第五節：光與色 第六節：月相、日蝕與月蝕

2 第三節：透鏡成像概念圖 3-3-1：光的折射：光從一介質進入另一介質 3-3-2：凸透鏡與凹透鏡 原因 速率不同 光的折射現象
凸透鏡成像原理 凹透鏡成像原理

3 感謝又感謝 感謝國立台南第一高級中學的網站第12章；光的性質 Properties of Light
特別感謝Dr.Joseph F. Alward很慷慨的同意讓我們將他收集的諸多珍貴圖片呈現於本網頁上,並將之中文化以利於華文學生的學習 劉演文老師翻譯 感謝其他獲得參考資料的網站

4 光的折射現象 圖： 光從真空進入空氣時發生折射

5 光的折射現象 圖： 光從空氣進入水面時發生折射

6 光的折射現象 圖： 光從空氣進入水面時發生反射與折射

7 光的折射現象 波前的一邊先變慢,導致整個波行方向的偏折

8 光的折射現象 圖 ：光從水中進入空氣時發生反射與折射

9 光的折射現象 圖 ：光從水中進入空氣時發生折射

10 光的折射現象

11 光的折射現象

12 光的折射規律 所有角度的度量都是相對於法線（和界面垂直的線）
當光線自一密度較小的介質進入另一密度較大的介質(如自空氣進入水中時)常常會向法線方向偏折 小→大：靠近法線 入射角大於折射角

13 水中的視深 大→小；光穿過界面到一折射率較小的介質(空氣)後向左偏離法線。入射角小於折射角。

14 日落時的折射 在我們看見落日的影像幾秒鐘前，太陽其實已經在地平面下了 落日的影像底部看來會有點扁平 

15 費馬 費馬(Pierre de Fermat)是個律師，他利用空閒時間研究數學，卻在這方面有了很大的成就。
西元一六○一年出生在法國南部一個皮革商的家庭，大學時學法律，三十歲當選地方議員，但他的嗜好就是做數學和科學研究，經常以書信和笛卡爾、巴斯卡等著名學者討論數學問題。

16 費馬 費馬運用數學的觀念，對光線在不同物質中行進的路線，提出「最短時間原理」，
也就是說光會遵循最節省時間的路徑前進，而不是最短的路徑，這成為幾何光學最重要的基本理論之一。

17 費馬 費馬很少發表著作，大多數的研究成果都寫在手稿、通信或書頁的空白處。還好，他的兒子在他死後五年，於西元一六七○年把這些資料整理匯集成書，我們才有機會了解這一位偉大的業餘數學家。

18 費馬原理 「光」從一種物質行進到另一種物質時，會改變速度與方向，稱為「折射」。
光會遵循最節省時間的路徑前進，而不是最短的路徑，這種原理就叫最短時間原理，也叫費馬原理。

19 費馬原理 當你去游泳池游泳的時候，有沒有發現水比你在池邊看起來的較深？這種原理就叫「費馬原理」。
真正的魚 當你去游泳池游泳的時候，有沒有發現水比你在池邊看起來的較深？這種原理就叫「費馬原理」。 文／楊淑鎮（博士） 圖／王惟慎　協助製作／國語日報社科學教室

20 魚兒眼中的世界 看到的鳥比實際的近還是遠？

21 折射與全內反射 光線由玻璃走到空氣時所產生的折射現象。注意入射角 i 比折射角 r 小。 當入射角 i 大於臨界角度 c 時，便產生全內反射

22 全反射與臨界角 水到空氣的臨界角是48度。 任何由水中射向空氣的光線只要入射界面時的角度超過48度就無法穿出水面。

23 全反射 所有的光線在右斜界面處都有內反射,但其中前三道光線大部份的能量都穿出了菱鏡. 而第四、第五兩道光線則產生了百分之百的全反射

24 鑽石內的全反射 鑽石置於空氣中時其內部全反射的臨界角只有24.5度。 任何由內部射向鑽石表面的光線只要超過24.5度就無法逃離鑽石內部。

25 海市蜃樓

26 海市蜃樓──空中金字塔

27 遙 遠 的 道 路 盡 頭 可 以 看 見 有 一 汪 清 水 ， 但 是 實 際 上 在 這 並 不 存 在

28

29 沙漠綠洲

30 海市蜃樓

31 海市蜃樓 在溫度隨高度變化的空氣中，光線因折射而走出彎曲的路徑

32 海市蜃樓 「海市蜃樓」的英文是mirage。
在中文裡所提到在水面上的海市蜃樓，由於影像看起來會飄在空中，所以稱之為「上蜃景」(superior mirage)； 而在沙漠中的影像，由於出現的位置低，稱為「下蜃景」(inferior mirage)。 (感謝Ophelia提供中文翻譯名稱)

33 沙漠中的海市蜃樓 (下蜃景，inferior mirage)
空氣受熱膨脹，相對的較稀薄，而光在越稀薄的空氣中傳播越快。所以在下方比較熱的空氣是相對的疏介質，而上方較冷的空氣則是相對的密介質。

34 水面上的海市蜃樓 (上蜃景，superior mirage)
接近湖面的部分溫度較低，而離水面較遠的高處，溫度較高

35 第三節：透鏡成像概念圖 3-3-1：光的折射：光從一介質進入另一介質 3-3-2：凸透鏡與凹透鏡 原因 速率不同 光的折射現象
凸透鏡成像原理 凹透鏡成像原理

36 凸透鏡與凹透鏡 透明玻璃製成，能使光線偏折。 凸透鏡：中間部分較周圍部分厚的透鏡。 凹透鏡：中間部分較周圍部分薄的透鏡。 凹凸 凸凹

37 焦點、虛焦點、焦距 凸透鏡可使入射的平行光線會聚於一點，此點稱為凸透鏡的焦點。
凹透鏡可使入射的平行光線發散開來，但若是將發散的光線向反方向延伸，仍會相交於一點，此點稱為凹透鏡的虛焦點。 從焦點（或虛焦點）到透鏡中心的距離稱為透鏡的焦距。

38 尋找凸透鏡的焦點與焦距 1.紙面與鏡面平行 2.上下移動凸透鏡 3.光在白紙上形成最小、最亮的點 4.亮點的位置即為焦點，
5.紙面與鏡面的距離即為焦距。

39 尋找凸透鏡的焦點與焦距 1.蠟燭與鏡面相距至少 1 公尺以上 (越遠越好) 2.移動紙面 3.光在白紙上形成最小、最亮的點
4.亮點的位置即為焦點 5.紙面與鏡面的距離即為焦距

40 透鏡折射 2次折射：進入及離開透鏡各1次

41 凸透鏡成像 4068_t 王建忍師 南一 透鏡家族凸 透鏡家族凹

42 凸透鏡成像 f內 f上 2f~f間 2f外 u→∞ 物體位置 成像 代表符號 正立放大虛像 無法成像 光平行 倒立放大實像 倒立縮小實像
焦點上一點

43 凸透鏡成像繪圖法

44 凸透鏡成像繪圖法（1） 第一步：由物體畫水平線抵達透鏡後 經透鏡折射穿過焦點

45 凸透鏡成像繪圖法（2） 第二步：由物體畫穿過透鏡透鏡中心的直線

46 凸透鏡成像繪圖法（3） 第三步：由物體畫穿過同側焦點的連線，抵達透鏡後折射 成水平線

47 •平行於主光軸的光線, 經折射後通過另一側焦點
凸透镜成像的三条特殊光线 •平行於主光軸的光線, 經折射後通過另一側焦點 •通過同一側焦點的光線, 經折射後和主軸平行 •通過透鏡中心的光線，經過透鏡後方向不變 A F O B A’ B’

48 凹透鏡成像 http://202.99.219.231/netedu/kj/gz/wl/wl027/dlens.htm
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49 凹透鏡成像 對凹透鏡, 無論物距多大, 都不能在光屏上成實像, 只能 通過透鏡看到物體同側有一 個正立、 縮小 、 虛像。

50 凹透鏡成像繪圖法

51 凹透鏡成像繪圖法（1） 第一步：由物體畫水平線抵達透鏡後 經透鏡折射向外彎曲後射出，沿射出線往反方向應該穿過同側焦點

52 凹透鏡成像繪圖法（2） 第二步：由物體畫穿過透鏡中心的直線

53 凹透鏡成像繪圖法（3） 第三步：由物體畫穿過另一側焦點的連線 ，抵達透鏡後折射成水平線

54 •平行於主光軸的光線, 折射後的反向延長線通過同側的焦點
凹透镜成像的三条特殊光线 　　•平行於主光軸的光線, 折射後的反向延長線通過同側的焦點 •通過另一側焦點的光線, 折射後平行於主光軸 •通過透鏡中心的光線，經過透鏡後方向不變 F O A B A’ B’

55 想一想 字卡靠近杯子邊緣字會放大，遠離邊緣字會縮小，怎麼了？

56 想一想 放大鏡又叫做凸透鏡，用圓形的透明杯裝水，是單向的凸透鏡，只有沿圓弧的方向有放大的作用。
凸透鏡都有所謂「焦距」，只有將東西放在焦距以內才會有放大的效果，放太遠就反而會縮小呵！

57 三稜鏡改變光路方向 θ i 三稜鏡使光線向底面偏折

58 光的色散 稜鏡使白光發生色散 （a）折射角：红光最大、紫光最小。 （b）折射率：红光最小、紫光最大。 （c）速 度：红光最大、紫光最小。

59 近視眼鏡 近視眼鏡的鏡片一面是凸的，但是另一面則是凹的， 而且凹的曲度大於凸的曲度，
因此，近視鏡片還是屬於凹透鏡，或講的更清楚一點，是凸凹透鏡（凸的凹透鏡）。

60 猜謎時間 名 一口吃了多半截 (猜一字)

61 這一堂課我學會很多了 老師 來點評量測驗吧

62 光線由一介質射入另一介質，其路徑如附圖所示，光線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的速度大小關係為：　(A)Ⅰ＝Ⅱ＞Ⅲ　(B)Ⅰ＝Ⅱ＜Ⅲ　(C)Ⅰ＝Ⅱ＝Ⅲ　(D)Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ。

63 小文在觀看國慶煙火時，看到亮光後，經過了3秒鐘才聽到爆炸聲。已知聲音和光在空氣中的傳播速率分別為340公尺/秒和30萬公里/秒，則煙火爆炸的位置與小文的距離約為多少？　(A) 1公里　(B) 10公里　(C) 15萬公里　(D) 90萬公里 答案： A 解析： 340×3＝1020 m 劉小彬手拿一個透鏡，置於紙正上方6公分處，結果如附圖所示，則該透鏡為下列何者？　(A)焦距大於6公分的凸透鏡　(B)焦距小於6公分的凸透鏡　(C)焦距大於6公分的凹透鏡　(D)焦距小於6公分的凹透鏡。

64 在凸透鏡左方點燃兩支蠟燭，成像於鏡右方的方框範圍內（如附圖），根據實驗所得的經驗，成像的情形應為下列何者？
答案： D

65 光由一介質進入另一介質時（設入射角不等於零），下列哪一性質不會改變？　(A)進行速率　(B)進行方向　(C)強度　(D)頻率。

66 海鷗獵食海水中的魚兒，下列何者為合理的光線路徑方向？
(A) 　(B) 　(C) 　(D) 答案：A

67 紙筆測驗 WHO怕WHO 作你來