第四章 光 4 - 1 光的傳播與光速

1. 光是沿著 ______ 傳播。 直線 (1) 光線傳播時，不需介質。 (2) 一般的光源所發出的光是不平行的， 但到達地球的太陽光是 ______ 。 (3) 光在前進時，遇不透明障礙物， 則在後形成 ____。 (4) 影子的形狀與障礙物相似，卻不一定相同 平行的 影子

(5) 古時候的計時工具日晷，是利用太陽光 照射時，所形成陰影的 _____ 與 _____ 的變化來計時。 (6) 一天當中，正午時影子最 ____， 清晨或黃昏時最 _____。 (7) 一年當中正午時，何日影子最短 ? ____ 何日影子最長 ? ____。 位置 大小 短 長 夏至 冬至

日食現象 : 當月球公轉到太陽與地球中間， 三者連成一直線時，發生日食。 日食現象 : 當月球公轉到太陽與地球中間， 三者連成一直線時，發生日食。 本 影 : 完全無光的區域，看見 _______ 半 影 : 部分光線到達區域，看見 _______ 日全食 日偏食

例 1 : (1) 眼睛在何點可看見光源上半部 ? _____ (2) 眼睛在何點可看見光源下半部 ? _____ (3) 眼睛在何點可看見光源的外圍環狀 ? ___ (4) 眼睛在何點看不見光源 ? ____ B D A C

1. (1) 點光源靠近障礙物，影子 ____，點光源遠離障礙物，影子 ____。 (2) 障礙物遠離紙屏，影子 _____，障礙物遠離點光源，影子 _____。 (3) 紙屏移近點光源，影子 _____，紙屏遠離點光源，影子 _____。 (4) 若是平行光源，則障礙物與影子的面積何者較大 ? _____。 變大 變小 變大 變小 變小 變大 相等

例 2 : 蠟燭與手的距離1m，手與牆距離2m，手形面積100cm3，則牆上手影面積 ? _____ 900 12: 32 = 100 : X2 X = 30

例 3 :在正午的陽光下手掌距地面20cm時， 影子何者較大 ? _____ 相等

例 4 : 小胖子家駿在散步時發現，看己的影子和 身高約略相等，試問當時太陽光與地面 夾角大約是 ____ 度。 例 4 : 小胖子家駿在散步時發現，看己的影子和 身高約略相等，試問當時太陽光與地面 夾角大約是 ____ 度。 450

例 5 文豪身高180cm，他想要量旗竿的長度， 他先量出旗竿的影長6m，自己的影長 1.5m，則文豪可推算出旗竿長度 ? _____ 1.8 : 1.5 = X : 6 X = 7.2

例 6 水平面上立三根長度相同的竹竿， 如下圖，則竿影的長度由大到小是 _________ 例 6 水平面上立三根長度相同的竹竿， 如下圖，則竿影的長度由大到小是 _________ 甲=乙=丙

3. 光的傳播速率 : 真空中 __ 空氣中 __ 液體 __ 固體 > > > 法國科學家 _____，是第一位在地面上有限距離內測出光速。 (2) 再經法國 ____ 和美國 ______ 的改進，測出空氣中 的速率約為每秒 ____ 萬公尺。 (3) 光速在真空中約 _________ m/s = _________ km/s = _________ cm/s。 (4) 光在水中的速率約為真空中的 3/4  _________ m/s。 (5) 光在玻璃中的速率約為真空中的 2/3  _________ m/s。 菲左 富可 麥克生 30 3 X 10 8 3 X 10 5 3 X 10 10 2.25 X 108 2 X 108

(6) 光每秒繞地球 ____ 圈，從月球到地球約 ____ 秒， 從太陽到地球約 ____ 秒。 (7) 光年 : 光一年走的距離，是 ______ 單位。 1 光年 ≒ __________ m ≒ ____ m = ____ km 7.5 1.3 500 長度 9.46 X 1015 1016 1013 3 X108 X 1 X 365 X 24 X 60 X 60 = 9.46 X 1015 m 約等於 1016m

例 7 : 在伽利略測光速實驗中，兩山頭間的距離1km， 光速為 3X108m/s (1)本實驗失敗的理由 : _____________________ ___________。 (2)光在兩山頭來回一次的時間為 ________ 秒 時間太短 , 人類反應太慢 , 無法測量

4 - 2 光的反射與平面鏡

1. 光的反射 :光由一介質傳至另一介質時，有部分 或全部的光自界面返回原介質的現象。 (1) 在黑暗的房間裡，我們看不見任何東西。 (2) 我們看見電燈，乃因電燈的光線到達我們的眼睛。 (3) 不發光的物體，因光線反射，所以我們知道它們的 形狀、大小、顏色。 (4) 在暗室裡應將手電筒照射自己的臉，才能看見鏡中的像。 (5) 萬花筒、胃鏡、平面鏡、湖面倒映都是光的反射。

反射定律 : 入射線、反射線和法線在 同一平面上，且入射線和 反射線分別在法線的兩側。 (2) 入射角 = 反射角 註 : 入射線與入射面夾角 = 反射線與反射面夾角

例1 : 垂直入射於平面鏡的光，則入射角 = 反射角 = _____ 度。 例1 : 垂直入射於平面鏡的光，則入射角 = 反射角 = _____ 度。 法線與入射角夾 0 度

例2 : 若入射線與反射線夾 80角，則入射角 = ____度，入射線與反射面夾 ____度角。 例2 : 若入射線與反射線夾 80角，則入射角 = ____度，入射線與反射面夾 ____度角。 40 50

例3 : 入射線與反射面夾700角，則反射角 = ___度， 反射線與反射面夾 ____度角。 例3 : 入射線與反射面夾700角，則反射角 = ___度， 反射線與反射面夾 ____度角。 20 70

例4 : 如下圖 (1)對A反射面而言，入射角 _____ 度 (2)對B反射面而言，入射角 _____ 度 (3) A 的入射光與 B 的反射光有何關連 ? ________ 50 50 互相平行 400 400 500 500 互相平行

(4)若 A、B 兩反射面夾角改成 400，的入射光與 A夾角還是500，則A的入射光與B的反射光 有何關連 ? ________ 互相重疊 400 400

例5 : 若入射線方向不變，當反射面順時鐘轉150時， 則反射線轉 _____ 度。 150 300 150 150

3. 反射的種類 : 無論單向反射或漫射，都遵守反射定律。 單向反射 : 平行的光在光滑的反射面反射時， 反射線亦相互平行。

(2) 漫 射 : 若反射面粗糙不平，雖然入射光 平行，但反射光不互相平行。 註 : 我們可以辨別物體的形狀是由於光的 ______。 反射

4. 面 鏡 : 平面鏡、凹面鏡、凸面鏡、哈哈鏡。 ( I ) 成像原理 : 光的 ______ 。 (1)平面鏡 : 反射

(II) 成像性質 : ① 物距 = 像距 ② 物長 = 像長 ③ 左右相反 ④ 正立虛像 ⑤ 若想看到全身像，則平面鏡至少需長 _____ ， 鏡子離地高 ____。 ½ h ½ d

註 : 虛 像  由反射光線向後延長而成之像。 (不能用紙屏承受) 實 像  由光線實際聚合而成之像。 (可用紙屏承受)

例 6 : 光線由 B 點發出經由平面鏡反射後到達 A 點， 請作圖找出入等射點 ?

例 7 : 請畫出點光源 O 發射的 A、B、C 三條光線 的反射線 ?

例 8 : 小郭立於平面鏡前 5 公尺，他以80cm/s 的 速率向平面鏡移動 4 公尺，則 (1) 人與像的距離縮短 _____ 。 (2) 小郭觀察到像以速率 ____ cm/s 向平面鏡靠近。 (3) 小郭的像在移動前，移動後何者較大 ?_____。 8公尺 160 相等

例 9 :畫出下列平面鏡中的像

例10 : 派翠克身高150 公分，眼高142公分 (1) 派翠克欲從平面鏡中看到自己的 全身像，平面鏡至少需 ___公分。 (2) 平面鏡的離地高度 ___ 公分。 (3) 平面鏡最高點距地面 ____ 公分。 75 71 146

(III) 物與像的可見範圍 斜線區內只要有物體的像， 眼睛在斜線區內， 眼睛皆可看見 皆可看見鏡中的像

4 – 3 (1) 光的折射與透鏡研究

光的折射 : 光由一介質進入另一介質， 會改變行進方向。 (1) 造成折射的原因是 ______ 的改變。 (2) 光遇到不同的介質時，通常一部份光 _____，一部份光 _____。 (3) 折射定律 : 入射線、折射線、法線在 同一平面上，且入射線、 折射線分別在法線的兩側。 速率 反射 折射

>

<

大 (4) 光在速率快的介質中，夾角 ____ (速大角大) 光在速率慢的介質中，夾角 ____ (速小角小) 註 : 通常入射角愈大，折射也愈 ____ 。 小 大

例 1 : 畫出折射線 入射角 = 折射角 = ___ 00

例 2 : ∠1 ____∠2 ∠2 ____∠3 ∠3 ____∠4 ∠1 ____∠4 > = < =

例 3 : 光在 A、B、C 三介質中的折射情形，則光在三介質中的速率大小 ? ________

例 4 : 折 反 入 60 20 100 (1) I 是 ___ 射線，II 是 ___ 射線 ，III 是 ___ 射線。 (2) 入射角 ___ 度，折射角 ___ 度。 (3) 反射線與折射線夾角 _____ 度。 折 反 入 60 20 100

(5) 折射的實例 : 水中的筷子向上折

(b) 人看水中的魚會感覺較 ____ 近

(C)由水中看岸上的景物感覺較 ___ 遠

(d) 海市蜃樓。 (e) 晚上星光閃爍不定 (f) 我們所看到的太陽，其位置比實際位置 ____，我們只是看到太陽經大氣折射後的像。 (g)因大氣的折射，在日落後仍能看到太陽。 高

2. 透 鏡 : 利用光的 _____ 原理製成。 (1) 凸透鏡 : 又稱 _____ 透鏡，中間比 邊緣 ____，能會聚光線。 折射 會聚 厚 雙凸 凹凸 平凸

(2) 凹透鏡 : 又稱 _____ 透鏡，中間比 邊緣 ____，能發散光線。 (2) 凹透鏡 : 又稱 _____ 透鏡，中間比 邊緣 ____，能發散光線。 發散 薄 雙凹 平凹 凸凹

(3)光經過透鏡需有 ____ 次折射。 兩

q1 > q2 q3 < q4

q1 > q2 q3 < q4

(4) 透鏡的成像，光線路徑 : (a) 平行主軸的光，折射後經過焦點。 (b) 經無點的光，折射後與主軸平行。 (c)經過鏡心，直接通過。

4 – 3 (2) 再探討光折射與透鏡

3. 凸透鏡的像 : (1) 物體在無窮遠處，像在 ______ 3. 凸透鏡的像 : (1) 物體在無窮遠處，像在 ______ 焦點

(2) 物體在在2倍焦距外，像在 _________ 1~2倍焦距

(3) 物體在在2倍焦距上，像在 _______

(4) 物體在1 ~ 2倍焦距內， 像在 ________ (4) 物體在1 ~ 2倍焦距內， 像在 ________ 2倍焦距外

(5) 物體在焦點上，像 _____________ (5) 物體在焦點上，像 _____________ 無窮遠處(不成像)

(6) 物體在焦點內，像在 ______________ 同側且(像距>物距)

結論 : ① ② 實像有放大，有縮小，必倒立。 ③ 虛像必放大，像距 > 物距。 ④ 物體由無窮遠處移到焦點，像由焦點移到 無窮遠處，且愈來愈大。 ⑤ 物體向右(左)移，像也向右(左)移。 ⑥ 物體愈靠近 ______ 像愈大。 焦點

4. 凹透鏡的像 : 物體在焦點外 :

(2) 物體在焦點內 :

結論 : ① 必為縮小正立虛像，且像距 < 物距。 ② 像永遠在焦距內。 ③ 物體向右(左)移，像也向右(左)移。 ④ 物體愈靠近 ______ 像愈大。 焦點

5. 成像原理 : (1) 頭部發出的光線，經折射後皆經過像的頭。 尾部發出的光線，經折射後皆經過像的尾。 (1) 頭部發出的光線，經折射後皆經過像的頭。 尾部發出的光線，經折射後皆經過像的尾。 (2) 若用黑布遮住透鏡的一半，則像的大小、 位置均不變，只是亮度減半。

例 5 : 作出下列圖像

例 6 : 求下列光線折射的路徑 ?

例 7 : 由像求出物的位置 ?

4 - 4 ~ 5 光與顏色的關係和雷射

1.光的色散 : 1666年牛頓發現太陽光 經過 ______ 後，會產生 ____ 現象。 三稜鏡 色散

黃 綠 藍 靛 紫 快 小 慢 大 (1) 不同顏色的光在介質中 _____不同， 所以偏折角度不同。 (2) 白光經三稜鏡色散後，產生 ___、___、___、___、___、___、___、等各色光。 (3)紅光速率最 ___ ，偏折角最 ___ 。 紫光速率最 ___ ，偏折角最 ___ 。 速率 紅 橙 黃 綠 藍 靛 紫 快 小 慢 大

2. 光的三原色 : ___、___、___。 紅 藍 綠 (1) 數種色光照射，則呈現混合之色。 (2) 紅光、綠光混合成 ___ 光， 紅 藍 綠 (2) 紅光、綠光混合成 ___ 光， 綠光、紫光混合呈 ___ 光， 紅、綠、藍三光混合成 ___ 光。 註 : 紅、黃、藍三色 顏料混合，呈 ___ 色。 (3)電視機的彩色畫面，是調整 螢光幕上三原色發光體 間的亮度比例而成。 黃 白 白 黑

3. 物體的顏色 : (1)反射與吸收 : 不透明物體的顏色乃其反射光的顏色 (a)不透明物體只讓同色光反射，而吸收其餘色光。 例 : 紅色物體只反射紅光，而吸收其餘色光。 (b) 物體吸收了所有色光，沒有反射光，呈 ___ 色。 (c) 物體沒有吸收色光而全部反射，呈 ___ 色。 (d) 將紅光照射綠色物體，則呈 ___ 色。 黑 白 黑

例1 : 左列光線照在各色紙上，呈何種顏色 ? 白色 黑色 紅色 綠色 藍色 白光 紅光 綠光 藍光 白 紅 綠 藍 黑 紅 黑 綠 黑 藍 黑

註 : 白光照射任何色紙，皆呈現色紙本身的顏色 藍色照射後欲呈現藍色，則色紙 必為 ___ 色或 ___ 色。 註 : 白光照射任何色紙，皆呈現色紙本身的顏色 藍色照射後欲呈現藍色，則色紙 必為 ___ 色或 ___ 色。 白 藍 (2) 透射與吸收 : 透明體只讓同色光通過， 吸收其餘色光。 例 : 紅色透明體只讓紅色通過。 光如能全部通過，則為 ___ 色透明體。 例 : 綠光透過無色透明體，還是線光。 (B) 白光透過藍色透明體，呈 ___ 光。 無 藍

可見光 與不可見光

(1)可 見 光 : 眼睛所能察覺到的光， 有紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫各色光。 (2)不可見光 : 大部分的光是肉眼所看不到的。 (a) 紅外線 : 位於紅光之外的不可見光，其熱效應 特強，又稱為 ___ 線。 應 用 : 食物保溫，在黑暗中照相。 (b) 紫外線 : 位於紫光之外的不可見光， 其化學效應特強，又稱為 _____ 線。 應 用 : 殺菌消毒，使皮膚產生 ________， 有助於骨骼、牙齒健康。 熱 化學 維生素D 註:台灣地區每5~9 月是紫外線最強的時候，紫外線 強度分為 ___ 級，到達___ 級表示過量，___ 級 以上表示危險，過度曝曬紫外線可能引起皮膚病變。 15 7 10

5. 雷 射 : LASER ，特性 _____、_____、________ (1) 單 色 光 : 經過三稜鏡不會色散。 (2) 細 而 直 : 經過很遠的距離，仍能保持細小光束。 一般光線傳播一段距離後，就會散開 成錐狀。 (3) 能量集中 : 可用來切割物體，眼睛不可直視 雷射光源。 6. 用 途 : (1) 醫療用雷射 : 除班、開刀、止血、針灸、 眼科治療近視及視網膜剝離。 (2) 生活中雷射 : 光碟片、印表機、傳真機、 拍立體照片、光纖。 (3) 工業用雷射 : 鑽孔、切割、焊接。 註 : 1960 年美國人梅曼製作出 _______ 雷射。 單色光 細而直 能量集中 紅寶石