第五節　光與生活一、視覺暫留二、顏色三、照度目　錄.

第五節　光與生活一、視覺暫留二、顏色三、照度目　錄

視覺暫留影像停留在人眼睛內引發視覺的時間很短，大約僅為 0.1秒，這種影像短暫停留於眼內的現象稱為視覺暫留。上一頁下一頁節目錄

視覺暫留電影、電視、電腦螢幕都是利用這種效應，使一系列稍有不同的靜態畫面，彷彿是連續的在改變，以產生動態的效果。上一頁下一頁節目錄

視覺暫留電視機或電腦螢幕上的影像，約每隔三十至六十分之一秒即需重複一次，因此即使螢幕上的影像通常實際上約只維持0.02 秒，人眼仍能藉視覺暫留而看到有影像、人物出現在畫面上。上一頁下一頁節目錄

雨過天晴，在與太陽位置相對的天空處，有時會出現虹及霓。下列有關虹及霓的敘述，何者有誤？ (A)虹與霓都是日光經過水珠所產生的色散現象
教學檢驗雨過天晴，在與太陽位置相對的天空處，有時會出現虹及霓。下列有關虹及霓的敘述，何者有誤？ (A)虹與霓都是日光經過水珠所產生的色散現象 (B)對虹而言，外圈顏色為紅色，內圈為紫色 (C)對霓而言，外圈顏色為紫色，內圈為紅色 (D)虹的顏色比霓的顏色濃 (E)虹的成因是光在水滴中經過兩次折射與兩次反射後所色散而成。 5-4-97 上一頁下一頁節目錄

色散(dispersion) 牛頓發現太陽輻射的白光，在通過三稜鏡後，會被折射並分散成為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等七種顏色的光，如圖，這種現象稱為光的色散。圖片出處：內爾˙阿德利著，新世紀科學百科全書，貓頭鷹出版社，民國86年，P.192 上一頁下一頁節目錄

通過三稜鏡後，被折射並分散的這七種顏色稱為光譜色。
光譜色(spectrum color) 通過三稜鏡後，被折射並分散的這七種顏色稱為光譜色。圖5-30 白光的色散上一頁下一頁節目錄

色散單一光譜色的光波在通過稜鏡後，雖會折射，卻不會有色散的現象。複色光的光波在通過稜鏡後，不但會折射，而且會有色散的現象。上一頁
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色散不同顏色的光具有不同的折射率。太陽光是由折射率不同的一些色光所組成。真空中各種色光的波速都相同。白光在真空中不會產生色散。
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色散在玻璃中各種色光的波速互不相同，紅光最快，紫光最慢。故通過稜鏡後偏折的角度，紅光最小，紫光最大。上一頁下一頁節目錄

虹與霓雨過天晴後，背向太陽仰視天空時，有時可以看到一道彩「虹」。圖5-31 虹與霓上一頁下一頁節目錄

虹與霓虹之上，還會出現另一道較弱的色帶，稱為「霓」。圖5-31 虹與霓上一頁下一頁節目錄

虹與霓基本上這些顏色的出現，是因為懸浮在空中的水滴，對太陽白光中不同的色光具有不同的折射率，產生呈現出類似白光色散後的光譜色。
也是一種色散的結果。圖5-31 虹與霓上一頁下一頁節目錄

雨過天晴，在與太陽位置相對的天空處，有時會出現虹及霓。下列有關虹及霓的敘述，何者有誤？ (A)虹與霓都是日光經過水珠所產生的色散現象
教學檢驗雨過天晴，在與太陽位置相對的天空處，有時會出現虹及霓。下列有關虹及霓的敘述，何者有誤？ (A)虹與霓都是日光經過水珠所產生的色散現象 (B)對虹而言，外圈為紅色，內圈為紫色 (C)對霓而言，外圈為紫色，內圈為紅色 (D)虹的顏色比霓的顏色濃 (E)虹的成因是光在水滴中經過兩次折射與兩次反射後色散而成的。 5-4-97 上一頁下一頁節目錄

太陽發出的白色可見光，其波長大約分布在380 到770 奈米之間，這也是經三稜鏡色散後出現的色光所涵蓋的波長範圍。
陽光的可見光譜太陽發出的白色可見光，其波長大約分布在380 到770 奈米之間，這也是經三稜鏡色散後出現的色光所涵蓋的波長範圍。圖5-32 陽光含有波長不同的七種可見光上一頁下一頁節目錄

明亮度不同顏色的兩道色光，即使發光功率與其他條件完全相同，人眼經由視覺感受，仍會感覺它們具有不同的明亮程度。表5-3 上一頁下一頁
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發光效率(luminous efficiency)
圖中顯示人眼對不同波長的可見光所產生的明亮感覺並不相同。圖5-33 發光效率曲線。上一頁下一頁節目錄

明亮白晝下人眼的視覺感受。圖5-33 發光效率曲線。上一頁下一頁節目錄

人眼對波長555 奈米的「黃綠」光，最為敏感。圖5-33 發光效率曲線。上一頁下一頁節目錄

暗黑夜晚下，人眼最敏感的色光將移至波長507 奈米的「綠」光。圖5-33 發光效率曲線。上一頁下一頁節目錄

色光與色彩單色光(monochromatic light) 一種色光的色彩，也可用波長來表示，而單一波長的光，就稱為單色光。上一頁
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色光與色彩互補色(complementary colors) 如果兩種色光合成後能產生白色光，則這兩種色光就稱為互補色。上一頁下一頁
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色光與色彩互補色(complementary colors) 黃、藍兩色，或紅、綠、藍三色，就可合成白光。上一頁下一頁節目錄

互補色互補色互補色互補色黃色與藍色為互補色. 紅色與青色為互補色. 洋紅色與綠色為互補色. 上一頁下一頁節目錄

色光與色彩光的三原色(primary color) 幾乎所有顏色的光，均可經由紅、綠、藍三種色光，以適當比例混合而生成，但這三種色光無法由其他單色光合成，故稱其為光的三原色。上一頁下一頁節目錄

互補色紅、綠、藍三種色光投射到白紙上，使其照射出來的圓形重疊，則可得如圖的顏色。圖5-34 光的三原色上一頁下一頁節目錄

色光與色彩-黑色黑色的物質能將入射的各種色光全部吸收，因此即使是在白光照射下，這種物質不會將任何一種色光反射或透射傳送到人眼，故看來會呈黑色。上一頁下一頁節目錄

色光與色彩-透明物質其他顏色的物質，只將入射光的一部分吸收，而將其餘部分經由反射或透射而傳送到人眼。
這些物質所呈現的顏色，就是反射光或透射光所生成的顏色。上一頁下一頁節目錄

色光與色彩-透明物質例如：透過紅色透明玻璃進入人眼的主要為紅光，故此種玻璃在陽光下將呈紅色。上一頁下一頁節目錄

色光與色彩-不透明物質不透明、且不為黑色的物質，入射光雖無法透射穿過，但也不會全部被吸收，因而會有一部分被反射。
此等物質的顏色，就是反射光的顏色。上一頁下一頁節目錄

色光與色彩-不透明物質一般不透明的紅色顏料，會吸收紅色以外的色光，所反射的色光為紅光。
而不透明的綠色顏料，會吸收綠色以外的色光，所反射的色光主要為綠光。上一頁下一頁節目錄

色光與色彩-不透明物質如果將這兩種不透明的顏料等量均勻混合，則一種顏料所反射的色光，會被另一種顏料吸收。
整體而言幾乎所有色光都會被吸收，故其顏色將變為暗黑色。上一頁下一頁節目錄

(C)在玻璃中的各色光的波速互不相同，以紫光最慢，紅光最快
教學檢驗下列對於光與顏色的敘述，哪一項錯誤？ (A)在真空中各種色光的波速皆相同 (B)在玻璃中的光速比在真空中的光速小 (C)在玻璃中的各色光的波速互不相同，以紫光最慢，紅光最快 (D)太陽光通過稜鏡後偏折的角度以紅光最大。 5-5-8 上一頁下一頁節目錄

(A)光在某介質中產生色散現象，主要是因為各種色光在該介質的折射率不同所致
教學檢驗教學檢驗有關光的色散現象，下列敘述何者錯誤？ (A)光在某介質中產生色散現象，主要是因為各種色光在該介質的折射率不同所致 (B)紅光在水中的折射率比紫光大，所以自空氣到水中折射時，紫光的路徑會比較接近法線 (C)虹的最外層是紅色；而霓的最外層是紫色 (D)霓的亮度較虹弱，這是因為陽光在水中反射次數的不同所致 (E)若方向恰當，背著陽光觀看瀑布飛濺的水氣，亦可看見虹。 5-5-12 上一頁下一頁節目錄

白色的衣服在綠光的照射下，呈現何種顏色？
教學檢驗白色的衣服在綠光的照射下，呈現何種顏色？ (A)白色 (B)紅色 (C)黑色 (D)綠色。 5-5-17 上一頁下一頁節目錄

(A)紅光 (B)藍光 (C)黃綠光 (D)紫光。
教學檢驗白晝時，眼睛對哪一種色光最敏感？ (A)紅光 (B)藍光 (C)黃綠光 (D)紫光。 5-5-19 上一頁下一頁節目錄

發光體(luminous body) 有些物體，如太陽、電燈、蠟燭，其本身能發出可見光，稱為發光體。
大多數物體都不是發光體，自身無法發出可見光，但能將入射光反射，而為人眼看見，因此和發光體一樣，都可以視為光源。上一頁下一頁節目錄

點光源如果光源的體積很小或距離很遠，可以看成是一個點，稱為點光源。上一頁下一頁節目錄

輻射能(radiant energy) 光源以電磁波形式發出的能量稱為輻射能，單位為焦耳(J)。上一頁下一頁節目錄

輻射通量(radiant flux) 光源每秒所發出的輻射能，稱為輻射通量，單位為焦耳/秒。一般稱為瓦特(W)。上一頁下一頁節目錄

視覺明暗就同一光源而言，進入人眼的輻射通量愈大時，人眼會覺得愈亮.
波長不同的兩個光源，即使發射的輻射通量相同，進入人眼後引起的明亮感覺並非完全一樣。上一頁下一頁節目錄

視覺明暗各種色光具有不同的發光效率。發光效率較高者（如黃綠光），人眼會覺得較亮。發光效率較低者（如藍、紫、紅光）人眼會覺得較暗。
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視覺明暗真正影響人眼視覺明暗感受的，其實是輻射通量與發光效率的乘積。上一頁下一頁節目錄

光通量(luminous flux) 輻射通量與發光效率的乘積，稱為光通量。其單位為流明(lm)。上一頁下一頁節目錄

光通量&發光效率依國際共同之約定，波長為555 奈米的單色光，其發光效率被訂為1。
此種波長的單色光每1 瓦特的輻射通量，具有683 流明的光通量。上一頁下一頁節目錄

光通量&發光效率其他波長的單色光，其發光效率採用發光效率曲線（底圖）所示之值，其光通量可由下式求得：
光通量（流明）＝ 683 ×發光效率 × 輻射通量（瓦特）。上一頁下一頁節目錄

一紅燈發出100 瓦特、波長為660 奈米的紅色光，試求其所發出之光通量。
例題5-1 上一頁下一頁節目錄

例題 5-1 一紅燈發出100 瓦特、波長為660 奈米的紅色光，試求其所發出之光通量
660 奈米紅色光之發光效率約為 0.1（見圖5-33）。故此波長的紅色光， 1 瓦特的輻射通量約等於683 ×0.1 ＝ 68.3 流明， 100 瓦特的輻射通量約等於100 ×68.3 ＝ 6830 流明。 660 奈米紅色光之發光效率約為0.1（見圖5-33）。故此波長的紅色光，1 瓦特的輻射通量約等於683 ×0.1 ＝ 68.3 流明，100 瓦特的輻射通量約等於100 ×68.3 ＝ 6830 流明。上一頁下一頁節目錄

光通量(luminous flux) 一般利用電能發光的光源，每消耗1 瓦特電能所發出之光通量，很少能超過50 流明。
例如鎢絲燈與日光燈，大約分別為每瓦特15 與40 流明左右。上一頁下一頁節目錄

照度(illuminance) 一表面受到光照射時，每單位面積上入射的光通量，稱為其照度。
單位為勒克司（lux，簡寫為lx）。照度E 與光通量F 關係如下：上一頁下一頁節目錄

一般教室與辦公室之照明則至少約需達到300 勒克司。
通常在閱讀時，適度之照明約為500勒克司。一般教室與辦公室之照明則至少約需達到300 勒克司。表5-5 代表性之照度上一頁下一頁節目錄

例題 5-2 一點光源發出之光通量為F 流明，均勻分布於半徑為R 的球面上，求球面所受之照度E。上一頁下一頁節目錄
尺）之球面面積為4πR2，故距光源R 處之球面所受之照度E（勒克司）為： E ＝ F/4πR2 即在同一點光源照射下，照度與距離的平方成反比，稱為照度的平方反比定律。上一頁下一頁節目錄

一點光源發出之光通量為F 流明，均勻分布於半徑為R 的球面上，求球面所受之照度E。
例題5-2 一點光源發出之光通量為F 流明，均勻分布於半徑為R 的球面上，求球面所受之照度E。因光通量均勻分布於球面上，故各點之照度均相同。距光源為R（公尺）之球面面積為4πR2，故距光源R 處之球面所受之照度E（勒克司）為：上一頁下一頁節目錄

教學檢驗一點光源在1公尺處的照度為100勒克斯，若該點光源為單色光，且其發光效率為0.5，則其輻射通量為何？ (A)1.84 (B)0.184 (C)3.0 (D)3.68 (E) 瓦特。 5-5-40 上一頁下一頁節目錄

已知兩物體由同一光源所引起的照度比為16：25，則兩物體與光源的距離比為
教學檢驗已知兩物體由同一光源所引起的照度比為16：25，則兩物體與光源的距離比為 (A)4：5 (B)5：4 (C)16：25 (D)25：16。 5-5-26 上一頁下一頁節目錄

與光線正交的被照面距1燭光的點光源1公尺時之照度叫做1公尺燭光，則距2燭光的點光源2公尺處，與光線正交的被照面之照度為
教學檢驗與光線正交的被照面距1燭光的點光源1公尺時之照度叫做1公尺燭光，則距2燭光的點光源2公尺處，與光線正交的被照面之照度為 (A)4 (B)2 (C)1 (D)1/2 (E)1/4 公尺燭光。 5-5-50 上一頁下一頁節目錄

將點光源擺在凹面鏡焦點處，則在焦點外側離凹面鏡2：3距離處，測反射光的照度時，其比值為：
教學檢驗將點光源擺在凹面鏡焦點處，則在焦點外側離凹面鏡2：3距離處，測反射光的照度時，其比值為： (A)3：2 (B)4：9 (C)9：4 (D)1：1。 5-5-39 上一頁下一頁節目錄

第五章　光 T h e E n d 目　錄

5-5 光的三原色右圖顯示一條單色光經過三稜鏡的折射情形。偏向角指的是原入射光與折射光的夾角。
1666年牛頓發現太陽光經三稜鏡折射後可呈現彩色光，稱為光的色散現象。這是因為不同色光在介質中的傳播速率不同所致。

5-5 光的三原色其中紅色光的速率較快，故偏向角最小；紫色光的速率較慢，故偏向角最大。
牛頓將三稜鏡色散的光，利用透鏡聚焦後，再射入另一個三稜鏡，結果發散的光又何成白光。可知白光是由多種顏色的光所組成。白光白光

5-5 光的三原色之後，楊格、亥姆霍茲繼續深入對顏色的研究，確立了光的三原色理論。
這三種基本色光的選擇並沒有特定的組合。傳統上，我們選擇藍、綠、紅作為光的三原色。左圖為用三原色光投影至白色布幕上的結果。

5-5 光的三原色通常物體的顏色決定於入射光、反射光、折射光的成分。
透明物體的顏色取決於透色光的顏色，例：白光穿過某色玻璃，結果紅光穿過，其他色光被吸收，因此玻璃呈現紅色。不透明物體的顏色取決於反射光的顏色，例：白光照射香蕉，結果紅、綠色光均被反射，其他色光被吸收，因此香蕉呈現紅、綠混成的黃色。

5-5 光的三原色若改用綠光照射紅色玻璃瓶，因為綠光被吸收而無透射光，所以玻璃瓶呈現黑色。
改以藍光照射玫瑰花，因為藍光全部被吸收以致無反射光，所以花瓣和葉子均呈現黑色。

5-5 光的三原色習題5-5 (13)將一束白光射入一個倒置的三稜鏡，如下圖。請標示色散後，各色光的位置排列次序？(由上至下)。
解：紫靛藍綠黃橙紅紫光偏向角大、紅光偏向角小。

5-5 光的三原色習題5-5 (14)在舞臺表演時，如果將紅色光束和藍色光束同時投射在白色佈景上，則兩光在佈景上的交疊處會產生什麼顏色？解：洋紅色

5-5 光的三原色習題5-5 (15)已知某種顏料在紅色光下看起來是紅色，改在綠光下看起來是成綠色。若改在太陽光下來看，則會是什麼顏色？
解：黃色或白色。 (a)看起來紅色反射紅光 (b)看起來綠色反射率光所以此物體肯定會反射紅、綠兩色光可能是黃色但是不排除該物體也能反射藍色光也可能是白色

網路資源： flash理化練功房光的三原色
flash理化練功房顏色三原色台師大物理教學示範實驗教室光色彩的疊加與塗料顏色混和

5-6 光與生活 5-6-1 視覺暫留 5-6-2 發光強度與照度

5-6-1 視覺暫留物體所發出的光進入我們的眼睛，會在視網膜上形成影像。如果這時閉住眼睛或移開視線，則大腦中的視覺不會馬上消失，而可以繼續留存約1/16秒，此現象稱為視覺暫留。例如小時候我們玩仙女棒時，可看到用仙女棒在空中劃出一圈圈連續的光圈。

5-6-1 視覺暫留下圖為視覺暫留的例子：左為利用視覺暫留自製的動畫示意圖。
下圖右，當弦快速振動時，弦影連成一片，看不出僅有一條弦在動。

5-6-1 視覺暫留電影拍攝時的速率是每秒24張底片，將底片連續放映時，每兩張底片出現的時間間隔僅有1/24秒，小於視覺暫留的時間，因此我們看到影片上的人物動作是連續的。

5-6-1 視覺暫留習題5-6 (16)下雨時，尤其是在雨勢較大時，常可看到雨水呈線狀下落，這是什麼原因？解：視覺暫留所造成的殘留影像。

5-6-2 發光強度與照度就像是人耳所能聽到的聲波頻率範圍在20~20000赫茲之間，這是人體感官的生理極限。
人的眼睛能看見的光，其波長範圍約在400奈米(紫光)~700奈米(紅光)之間。奈米(nm)=10-9公尺光的波長短於400nm者為人眼不可見的紫外光；光的波長長於700nm者為人眼不可見的紅外光。如右圖所示，其中又以對波長為555nm的黃綠光最為敏感。

5-6-2 發光強度與照度環境給人的的明亮感覺的因素有三：以下將針對光通量、發光強度、照度作說明，這三個物理量均與人的明亮感覺有關。
眼睛對只對可見光有視覺反應，稱光通量。光源的亮度，稱發光強度。被照體的亮度，稱照度。以下將針對光通量、發光強度、照度作說明，這三個物理量均與人的明亮感覺有關。

5-6-2 發光強度與照度光通量可以視為每秒鐘內由光源發出的可見光的能量，一般以流明( m)當做單位。
光源的發光強度以燭光(cd)為單位，每1燭光的球狀光源會發出總光通量為4π流明的可見光： 1燭光 = 4π流明例：30燭光的燈泡會發出30x4π=120π流明的可見光； I燭光的燈泡會發出4πI流明的可見光。

5-6-2 發光強度與照度被照體的照度，指的是每平方公尺面積所接收到的光通量，單位為(流明/公尺2)，又稱為勒克斯(lux，簡記為lx)。
在一半徑為r的空心球殼的中心放一球狀燈泡，若其發光強度為I燭光，則產生的光通量為4πI流明。此光通量向四面八方射去，照亮球殼內面，則內球殼的照度為：

5-6-2 發光強度與照度重點整理：光通量：每秒產生的可見光能量。發光強度：I燭光的光源會產生4πI流明的可見光。

5-6-2 發光強度與照度當光源的發光強度越大，被照體就越亮；與光源距離越近，被照體也越亮。
這就是為什麼你想用手電筒把東西照清楚一點時，會把手電筒靠近被照物體或是換個大一點的手電筒的原因一樣。由上式可知，當光源與被照體距離變兩倍時，被照體的照度會減為原來的四分之一。

5-6-2 發光強度與照度下表為數種光源所產生的照度：光源照度(勒克斯，lx) 中午的太陽 1.2x105 無雲的晴空 1x104
陰霾的天空 1x103 60瓦的白熾燈(相距1m) 1x102 正上方的滿月 0.27 無月多雲的夜空 1x10-4 註：一般居家照明約在100~300勒克斯，而閱讀寫字需要600勒克斯左右，因此需要局部性加強照明。

5-6-2 發光強度與照度習題5-6 有16燭光與25燭光的兩個點光源相距9公尺，今在兩光源間直立一片毛玻璃，欲使毛玻璃兩面的照度相同，則此毛玻璃應距16燭光的光源多遠？解：4公尺假設毛玻璃距16燭光的光源x公尺，則兩面照度相同可列下式求解：

網路資源： 1.歡迎光臨歐司朗照明用語台師大物理教學示範實驗教室眼睛成像的動畫

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