光的折射 講解／陳記住老師

介紹 光是一種波，所以光也會有波的反射、折射、繞射、干涉等行為；事實上，光是因有以上的波動現象，才被稱為「光波」。 國中階段介紹光的反射和折射，並且介紹利用這兩種原理設計而成的光學元件，探討其成像的原理。 上節介紹反射現象，本節將光波為例，介紹「折射現象」。高中後，會繼續介紹繞射及干涉等現象。 將折射再次應用到聲波、水波等有「波的性質」的現象上 。

折射概念圖 界 面 反射 折射 繞射 去玩玩吧… 捕魚、折筷子 錢浮起來… 均 勻 透 明 光波性質 介質 速度v 波長λ 真空 空氣 水 玻璃 鑽石

學習地圖 光的折射

折射定義 光當由空氣進入水中（一個介質進入另一個介質時），光線行進方向會產生偏折，這種現象稱為折射。

光速的因素─介質 折射發生的原因：因為光在不同物質中的傳播速率不同所致。因為光在不同物質中，行進的速度不同，在通過不同介質時速度改變，就會造成偏折。 光在不同介質的傳播速率如下表。 介質 Speed (km/s) c (光速) Air 30,0000 c Water 22,5000 ¾ c Diamond 200,000 2/3 c

光速與波長─水中 光從速率快的空氣進入速率慢的水中後，光的行進方向會偏向法線，折射角(r)小於入射角(i)； 該介質中光速越快、偏離法線的角度越大。 法線 空氣 水 60° 41°

光速與波長─玻璃 光通過玻璃時，經過兩次折射（只要通過一界面，就產生一次折射），但最後的折射線與最初的入射線平行。 法線 空氣 玻璃 60° 35°

光速與波長─不同介質 當光通過不同介質時，因光在介質中的速率不同，因此產生的偏折也不同。光速越快的介質，偏折角度就越大。 法線 空氣 水 60° 41° 法線 空氣 玻璃 60° 35° 法線 空氣 鑽石 60° 21°

折射現象─筷子折斷 從水中筷子尖端反射周圍的光，經過水面（界面）時，分別在點A、點B產生兩條折射線，向空中射出。 眼睛接收到這兩條折射線，經睛眼位定後，認為是從點Q發射出來的光線。 結果，筷子的尖端好像從進入水面後，就向上折斷了一樣！

折射現象─錢幣浮起 碗中的錢幣，因為水的折射現象，讓錢幣好像浮起來一樣。

折射現象─水變淺 水中的魚，好像比實際上的深度還淺，也是因為光在水中的折射現象。 游泳要注意哦！在水池上看到的水深，也比實際上的水深要「淺」，不要冒然跳下去哦！

快速複習─請您說說看 光的折射

自我測驗

填充題 光在真空中的速率為 km/sec。 光由水中射入空氣中，結果光前進的方向改變了，這是光的 現象。 光由水中射入空氣中，結果光前進的方向改變了，這是光的　　　　現象。 光在介質中的速率越快，偏離　　　　的角度就越大。 太陽光經過大氣層時，經過　　　　　　而到達地球。 30萬 折射 法線 大氣層折射

Yes/No 光在不同介質中的速率不同。 ○ 光也是一種波動現象。 在岸上看水中的魚的深度比實際上的看到的深度還要深。 ○ 光線由一介質射入另一介質時，如果速率變慢，則折射線會偏離法線。 ○ ○ ○ ×

基本題型01─水中折射 有一個小水滴，請問光線由左至古進、出水滴時的路徑是哪一條？（紅色為法線） 水滴 A B C D

基本題型02─折射與光速 在圖中，光線經過三種介質（分別為ａｂｃ）時發生折射，請問哪一種介質的光速最快？ a b c

資料查詢 維基百科

光的折射 指光從一種介質進入另一種具有不同折射率之介質，或者在同一種介質中折射率不同的部分運行時，由於波速的差異，使光的運行方向改變的現象。例如當一條木棒插在水裡面時，單用肉眼看會以為木棒進入水中時折曲了，這是光進入水裡面時，產生折射，才帶來這種效果。

水波的折射 水波也有折射現象：當水波從深海處向淺海推進時，好像由一個介質(深海)進入另一個介質(淺海），而在深淺交界處產生偏折。如下左圖。

從法線射入時… 如下左圖，如果光(波)由法線射入，則進入另一介質後，雖然光的速率改變了（波長也改變了），但前進的方向不變。 右圖中，光如果以一個和法線有一定角度的方向射入，則會產生偏折。

光速 光速，即光波傳播的速度。真空中的光速是一個重要的物理常數，符號為c（來自英語中的constant，意為常數；或者拉丁語中的celeritas，意為迅捷），c不僅僅是可見光的傳播速度，也是所有電磁波在真空中的傳播速度。 真空中的光速等於299,792,458米/秒（1,079,252,848.8千米/小時）。這個速度並不是一個測量值，而是一個定義。它的計算值為（299792500±100）米/秒。國際單位制的基本單位米於1983年10月21日起被定義為光在1/299,792,458秒內傳播的距離。使用英制單位，光速約為186,282.397英里/秒，或者670,616,629.384英里/小時，約為1英尺/奈秒。 在任何透明或者半透明的介質（比如玻璃和水）中，光速會降低；c比光在某種介質中的速度就是這種介質的折射率。重力的改變能夠彎曲光所傳播的空間，使光像通過凸透鏡一樣發生彎曲，看上去繞過了質量較大的天體。光彎曲的現象叫做引力透鏡效應，根據變化了的光線在光譜外波段呈現的不規則程度，可以推算發光星系的年齡和距離。 根據愛因斯坦的相對論，沒有任何物體或信息運動的速度可以超過光速。 光速的測量方法： 最早光速的準確數值是通過觀測木星對其衛星的掩食測量的。還有旋轉齒輪法、轉鏡法、克爾盒法、變頻閃光法等光速測量方法。 根據現代物理學，所有電磁波，包括可見光，在真空中的速度是常數，即是光速。強相互作用、電磁作用、弱相互作用傳播的速度都是光速，根據廣義相對論，萬有引力傳播的速度也是光速，且已於2003年得以證實。根據電磁學的定律，發放電磁波的物件的速度不會影響電磁波的速度。結合相對性原則，觀察者的參考坐標和發放光波的物件的速度不會影響被測量的光速，但會影響波長而產生紅移、藍移。這是狹義相對論的基礎。相對論探討的是光速而不是光，就算光被稍微減慢，也不會影響狹義相對論。

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