國二(上)理化單元 4 : 光

光的傳播與光速

光的傳播特性

◆ 光的傳播是『直線前進』的,所以才會有『影子』這個東西。

◆ 關於光的直線傳播,最經典的實驗就是『針孔成像』。而針孔成像的實驗結果就是會在紙屏生成『上下顛倒、左右相反的實像』。( 這個實驗結果很重要喔 ! )

光速的性質

◆ 光的傳播是不需要介質的,所以它是非力學波。(代表光在真空環境底下也可以傳播,這個聲波就沒辦法了,勿忘”波以耳實驗“)。

◆ 相同頻率的光,在相同的介質底下傳播,它的光速是相同的。這句話可以變化為兩個重點 :

1. 不同頻率的光,在相同介質下的光速不同。(但是空氣底下,我們把不同頻率的光視為光速相同,算是例外)。

2. 相同頻率的光,在不同介質底下,光速不同,結果如下 :

光速 : 真空 > 氣體 > 液體 > 固體 ( 越軟越快 ! )

光速與聲速的比較

◆ 假設聲波的頻率不同(高、低音),在相同介質底下,聲速相同(因為前面提的,聲速只跟”介質種類”和”環境狀態”有關)。

但是,光波頻率不同(紅、紫光),在相同介質底下,光速是不同的喔(但真空或空氣底下我們視為相同,但如果是在玻璃中,就不同啦,所以才會有牛頓的三稜鏡色散的現象)。

◆ 不同介質底下的速度比較 :

聲速 : 固體 > 液體 > 氣體。(越硬越快)

光速 : 固體 < 液體 < 氣體 < 真空。(越軟越快)

(備註 : 因為聲音沒辦法在真空中傳播,所以聲速沒有真空這項)

◆ 光年 : 就是”光”行走一年的距離。(是距離的單位,不是時間喔 ! )

光的反射與面鏡

反射定律

◆ 光的反射遵守『反射定律』。(就”入射角 = 反射角”,跟聲波一樣)。

光的反射種類

◆ 光的反射分成『單向反射』跟『漫射』:

單向反射就是光撞到光滑平面,遵守反射定律。

漫射就是光撞到凹凸不平的面,但也遵守反射定律喔。

『實像』跟『虛像』的差別

◆ 實像 : 就是由實際光線交會而成。(就實線交會)。

◆ 虛像 :就是由光的延伸線交會而成。(就“虛、實線”“虛、虛線”交會)。

這個定義要知道,這樣才能判斷題目選項。

舉例“實像” : 針孔成像

舉例“虛像” : 平面鏡

平面鏡

◆ 平面鏡成像是『虛像』。

◆ 物體與實像是『左右相反、大小相等且物距與像距相等』。

凹、凸面鏡

◆ 那凹面鏡跟凸面鏡的重點在於怎麼畫圖,詳情就請參閱視頻教學

光的折射與透鏡

光的折射

◆ 光的折射就是光經由”介質 1(例如空氣) 穿透到介質 2(例如水)” 時,因為光速的不同,導致前進角度發生偏差(行徑偏折)。示意圖如下圖 :

光的折射公式

光的折射如果以公式表示,可表示如下 :

(備註 : 因為你們高中才會學到三角函數,因此折射公式的表示方式必須簡化,先用這樣去理解)

那實際上生活中關於光的折射的例子有什麼 ?

我們看到湖中的魚的位置,比實際上魚的位置來的

凹、凸透鏡

◆ 然後凹透鏡跟凸透鏡畫圖也是很重要,會畫就不用背,一樣參考我的視頻講解。另外,為什麼,凹、凸透鏡會被歸類在光的折射這一個重點,因為他們也是光的折射現像喔 !

光學儀器

關於國中內容提到的光學儀器,有放大鏡、複式顯微鏡、照相機和眼睛,基本上就是放大鏡跟顯微鏡就是畫圖,這個部分的內容視頻會講得比較清楚。

相機與眼睛的構造

而相機跟眼睛基本上就是一樣的構造 :

◆ 相機鏡頭 = 眼睛的水晶體 (凸透鏡)

◆ 相機光圈 = 眼睛的瞳孔 (控制進光量)

◆ 相機底片 = 眼睛的視網膜 (成像處)

近視、遠視的原因

正常視力 : 就是成像剛好在視網膜上,所以清晰。

“近”視(水晶體焦距過短) : 就是成像過早(近),於視網膜,所以模糊。

“遠”視(水晶體焦距過長) : 就是成像過慢(遠),於視網膜,所以模糊。

近視、遠視的矯正

所以要如何矯正近視、遠視 :

近視矯正 : 利用加裝凹透鏡(眼鏡)矯正,先發散光源再聚焦,使成像剛好坐落於視網膜上。

遠視矯正 : 利用加裝凸透鏡(眼鏡)矯正,先聚焦光源再聚焦,使成像剛好坐落於視網膜上。

光與顏色

這邊有兩個重點,一個是三稜鏡色散,一個是光的三原色。

三稜鏡色散

◆ 基本上,會發生這個現象,就是因為不同頻率的光,在空氣中光速相同,但在玻璃中的光速不一樣,搭配折射定律,所造成的現象。

以紅光跟紫光為例,因為紅光速率快,折射角大 ; 紫光速率慢,折射角小。詳情說明請參閱視頻講解

(備註 : 紅光跟紫光的頻率是不一樣的喔)

三原色

◆ 光的三原色為『紅、藍、綠』。藉由不同比例的亮度的色光可以合成不同顏色的光。白色光為所有等比例亮度的色光的混合。

色光遇到不透明物體

當光遇到不透明物體會『反射』,會有以下幾種情況 :

◆ _ 光遇到白色不透明物體,反射 _ 色光,所以眼睛看到 _ 色。(空格處是填一樣的)

◆ _ 光遇到黑色不透明物體,不反射,全吸收,所以眼睛看到是黑色

◆ _ 光遇到 _ 不透明物體,反射 _ 色光,所以眼睛看到 _ 色。(空格處是填一樣的)

◆ 白色光遇到 _ 不透明物體,反射 _ 色光,其餘色光都被物體吸收,所以眼睛看到 _ 色。(空格處是填一樣的)

色光遇到透明物體

當光遇到透明物體會『穿透』,會有以下幾種情況 :

◆ _ 光遇到無色透明物體,穿透 _ 色光,所以眼睛看到 _ 色。(空格處是填一樣的)

◆ 白色光遇到 _ 色透明物體,穿透 _ 色光,其餘色光都被物體吸收。(空格處是填一樣的)

所以,這裡要強調的一點是,不管什麼顏色的色光,撞到麼樣的物體,只會反射或穿透跟物體本身顏色一樣的光』。

實際舉例

紅光遇到藍色不透明物體,不反射,全吸收,所以眼睛看到是黑色

藍光遇到藍色不透明物體,反射藍色光,所以眼睛看到是藍色

白光遇到藍色不透明物體,反射藍色光,所以眼睛看到是黑色。(因為白色光是所有色光的混合,但唯獨藍光可以反射,其他色光都被物體吸收)。

紅光遇到藍色透明物體,不穿透,所以眼睛看到是黑色

紅光遇到紅色透明物體,穿透紅色光,所以眼睛看到是紅色

白光遇到紅色透明物體,穿透紅色光,所以眼睛看到是紅色。(因為白色光是所有色光的混合,但唯獨紅光可以穿透,其他色光都被物體吸收)。

這個很常考喔,務必搞懂 !

此單元重點如以上所示 !

若有理化問題,歡迎寄信給我!

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