第五章 光第一節 人類對光的認識

光的重要理論1. 粒子說：(1) 牛頓研究光的色散，並藉由力學觀點，提出光

的「粒子說」。(2) 認為光是從光源射出的許多微粒所組成。(3) 解釋光沿直線前進的性質，並在理論上導出反

射和折射定律。(4) 預測光在一般介質中的速率比在空氣中快。

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2. 波動說：(1) 海更士在 1678 年提出光的「波動說」。(2) 認為光是一種波動。(3) 預測光在一般介質中的速率比在空氣中慢。

3. 光子：(1)1905 年，愛因斯坦提出「光子」的概念。(2) 認為電磁波是由許多光子所組成。(3) 光子兼具有粒子和波動的二象性質。(4) 光子的傳播不需依靠介質。

第二節 光的傳播

一．針孔成像1. 此實驗顯示光沿直線傳播。2. (1) 針孔很小：在光屏上形成 倒立 、 左右

相反 、 與原物成比例的像。 (2) 針孔過大：影像變模糊。

二．本影和半影1. 影子：影子的形成是光的直進性質造成的結果。2. 影子分類： (1) 本影：光源光線完全照射不到的區域。 (2) 半影：部分光源光線可照射到的灰暗區域。

3. 光源大小與影子種類的關係：（ 1 ）光源小（點光源）：只能造成本影。（ 2 ）光源較大（非點光源）：能造成本影和半影。4. 日蝕和月蝕：（ 1 ）日蝕：地球上的人進入月球的影子區域內，

所看到的現象。 A. 日全蝕 B. 日偏蝕 C. 日環蝕（ 2 ）月蝕：月球進入地球的影子區域內，所形成

的現象。 A. 月全蝕 B. 月偏蝕

第三節 光的反射 一．光在傳播時，遇到不同的介質，通常在

表面有下列現象發生： （ 1 ）反射。 （ 2 ）透射或折射。 （ 3 ）被表面吸收。

二．光的反射1. 反射定律：（ 1 ）入射線與反射線分別位在法線的兩側，且三

者在同一平面上。（ 2 ）入射角等於反射角。

不管在平面或曲面反射，反射定律皆成立。2. 反射的種類：（ 1 ）單向反射：反射面為光滑平面，則平行入射

光反射後亦平行射出。（ 2 ）漫射：反射面為粗糙不平的表面 ，則平行入

射光反射後將不再平行。仍滿足反射定律。

三．面鏡成像 ( 利用光的反射原理 )1. 平面鏡成像性質：虛像、正立、大小相等、左右

相反。物距等於像距 。2. 凸面鏡成像（ 1 ）形成縮小、正立 的虛像 。（ 2 ）像縮小，但視野擴增 。（ 3 ）應用： (A) 汽車後視鏡 (B) 公路轉彎處的

凸面鏡

3. 凹面鏡成像（ 1 ）物在焦點內，形成放大、正立的虛像 。（ 2 ）應用：化粧鏡4.拋物面鏡（ 1 ） (a) 平行主軸的入射光，反射後會聚於焦點 (b) 光源在焦點上，反射光線將平行射出。（ 2 ）應用：碟形天線、探照燈、汽車車頭燈

第四節 光的折射

一．折射1. 折射現象：光從介質 1 進入介質 2 時，行進方向會發生偏折，稱為折射。

2. 光在兩介質內的傳播速率不同所致。3. 光速與光線偏折的關係：光從光速慢的介質傳入

光速快的介質，則偏離法線。光從光速快的介質傳入光速慢的介質，則偏向法線。

4. 實例： (1) 物體在水中看起來深度變淺。 (2) 海市蜃樓

二．透鏡1. 凸透鏡（會聚透鏡）（ 1 ）中間部分較周圍部分厚的透鏡。（ 2 ）成像性質：視位置而定(a) 可產生放大或縮小的像，如照相機、投

影機、放大鏡。(b)使光線會聚，如遠視眼鏡 。

2. 凹透鏡（發散透鏡）（ 1 ）中間部分較周圍部分薄的透鏡。（ 2 ）成像性質：恆為縮小的正立虛像。（ 3 ）功用：是光線發散，如近視眼鏡。

  物 像

位 置 位 置 大、小 正、倒 實、虛

凸透鏡

p = ∞ q = f 一個點 不討論

∞ ＞ p ＞ 2f

2f ＞ q ＞ f 縮小 倒立 實像

p = 2f q = 2f 相等 倒立 實像

2f ＞ p ＞ f ∞ ＞ q ＞2f

放大 倒立 實像

p = f ∞ 不討論

p ＜ f 鏡前 0~∞ 放大 正立 虛像

凹透鏡 任何位置 鏡前焦點內 縮小 正立 虛像

三．眼睛1. 與相機結構對照（ 1 ）晶狀體相當於凸透鏡，且焦距能自由調節。（ 2 ）瞳孔相當於光圈，可調節入射光量。（ 3 ）視網膜相當於底片，可感光。2.眼睛成像：物體發出的光線，經晶狀體折射後，在網膜上形

成縮小倒立實像。3.近視與遠視（ 1 ）近視：眼球太長，或晶狀體焦距太短，使像落在網膜

前 ，可配戴凹透鏡矯正。（ 2 ）遠視：眼球太短，或晶狀體焦距太長，使像落在網膜

後 ，可配戴凸透鏡矯正。老花眼類似遠視，亦配戴凸透鏡矯正。

4.眼鏡度數透鏡焦距 ( 公尺 ) 的倒數乘以 100 所得的數值度數愈大 (深 ) ，透鏡焦距愈小。

第五節 光的三原色

一．三稜鏡色1. 光的色散：白光經三稜鏡的折射後，呈現彩色光

的現象。2. 成因：不同色光在介質中的傳播速率不同，所以

偏折程度 亦不同。3. 偏向角：紅光最小，紫光最大。二．物體顏色1. 光的三原色：紅、藍、綠 。2. 將三原色依不同比例組合，可產生任何一種顏色。

3. 物體的顏色：（ 1 ）透明物體：取決於該物所能透射的色光。（ 2 ）不透明物體：取決於該物所反射的色光 。非原色物體，其顏色為各色光的混合結果。

第六節 光與生活 一．虹與霓1. 成因：陽光在空氣中的水滴表面及內部，發生折射與反射，使白光產

生色散 現象 虹 霓

折反射次數

二折一反 二折二反

光度 較強 較弱 ( 多一次反射 )

位置 較低 較高

顏色分布

內紫外紅 內紅外紫

二．視覺暫留1. 視覺暫留：物體的光在網膜上成像，大腦隨即產生

視覺。若閉上眼睛，大腦中的視覺不會馬上消失，會留存約 1/16 秒。

2. 應用：動畫、電影三．發光強度和照度1. 光的波動性質（ 1 ）不同顏色的光，對應有不同的頻率與波長（ 2 ）可見光的波長範圍： 4000埃 (紫光 )~7000埃

(紅光 ) 。（ 3 ）紫外光：光譜上波長小於紫光的某段區域。

紅外光：光譜上波長大於紅光的某段區域。

2. 發光強度與照度（ 1 ）光通量 (a) 定義：每單位時間內由光源發出或被照體所吸

收的光。 (b) 單位：流明（ lm ）（ 2 ）發光強度 (a) 定義：光源在某一方向上發出可見光的光通量

大小。 (b) 單位：燭光（ cd ）

（ 3 ）照度 (a) 被照體表面每單位面積所接受可見光的光通量。 (b) 單位：勒克斯（ lx ） 1 lx = 1 lm/m2

(c) 影響因素： (甲 ) 光源的發光強度 (乙 ) 被照體和光源間的距離

（ 4 ）球狀光源 (a) 1燭光的球狀光源所發出的總光通量為 4π流明。 (b) 光源為 I 燭光，距光源 r的地方，照度為 I/ r 2

（ lm/m2）。