單元陸:光的性質

一、 光 源

()光線與光源:

1.光線:光在真空中或均勻介質中沿著直線傳播所以稱為「光線」,利用此特性可用來檢查物體是否平直,桌椅、路隊是否排列整齊…等,更可用來解釋影子形成,日月蝕及針孔成像..等現象。

2.物體的光源眼睛要能看見物體,必須是物體有光線照射到眼睛,物體光線的來源有兩種,分別為:

(1)發光體:光由物體本身產生,如電燈,太陽。

(2)反光:物體將照射到本身的光線反射出去,物體表面愈光滑,愈容易反射光線,如月亮的光。

3.而根據物體光線的前進方式又可區分為:

(1)點光源:光由光源向四面八方直線輻射,如電燈,車燈。

(2)平行光源:光線平行射出,不擴散,如陽光、雷射、由焦點射出經凸透鏡折射或凹面鏡反射的光。

()影 子:

1.影子的成因與大小:
光前進時,若遇到不透明的障礙物而無法透過時,則在物體的背後,光線照不到的區域,就會有陰影,所以「影子」就是光線無法達的區域。

2.此現象可運用在民俗技藝中的皮影戲;及日晷(古時候的計時工具)…等,影子大小因光源不同而不同,略述如下:

3.點光源與影子
(
如圖一所示)
影子的形狀和大小,
會受光源、障礙物、
光屏等的距離影響。

4.若光源為點光源,因
光線的前進是由光源中

心向外輻射,故影子的

面積大小與光源至障礙

物的距離有關。

圖二:光源的距離與影子的關係

 
5.假設點光源到障礙物的距離為
d1,障礙物大小為L1,光源到
光屏的距離為d2、影子的大小
L2,則四者的關係為:
d1
L1=d2L2(圖二)

6.在點光源(或燈光) 照射下,

光源與障礙物距離愈近,影子

愈長;障礙物與光屏距離愈遠,則影子變得越愈長。

7.平行光源:光源發出互相平行的光線稱為平行光源。

(1)這些平行光線照射在高度相等的障礙物時,所形成的影子大小不會因光與障礙物的距離不同而改變。(如圖三所示)







 

 

 

(2)太陽光距離地球很遠,在有限的距離內可視太陽光為一平行光源,因此在同一時間照射在地球上的障礙物所形成的影子長度L與障礙物的高度H成正比,如圖四所示:

(3)如圖:阿中的身高160
㎝,站在太陽下,見落
在地上的影長為50㎝,
阿中正前方有一電線桿
,地面上的影長為

100㎝,試求電線桿的

高度為多少?
:因太陽光為平行光

線,故圖四中的人與電線桿與地面上的影子所圍成的兩個三角形是相似形,對應邊長成正比,故:
H
10016050 50H16000,∴H3200㎝,電線桿高3.2m

 

二、光的特性

()光與電磁波:

1.光有能的特性,稱為:光能,具有作功的本領,可轉換為其他形式的能。

2.光會向空間中傳播,且其傳播的路徑為直線前進,遇障礙物便會停止。

3.光在真空中亦可向週遭環境傳播,且速率較其他傳播介質為快。

4.一般人所說的光,是指人類眼睛能看得見的光,其實光只是電磁波其中一小部分的頻率範圍而已。(如圖一)




 

 

()光的直進與針孔成像:

1.針孔成像光源經過針孔可在另一方螢幕上成像,此一成像性質為倒立實像,稱為針孔成像,這可以證明光的直進性質。(如圖二)








 

 

 

 

2.蠟燭經針孔成像為倒立實像,大小未必與原蠟燭相等,要視蠟燭與針孔的距離或針孔與光屏的距離而定。

3.圖二;蠟燭與針孔距離為L1,蠟燭高度為D1;針孔與像距離為L2,蠟燭所成的像高為D2,則以針孔為頂點的兩個三角形為相似三角形,且

對應邊成比例,可得到下關係:
L1D1L2D2 

4.由上述關係可知:蠟燭與針孔的距離愈大時,所成的像高愈小。

5.在針孔面積不大時,不受孔的形狀影響,但以圓形成像較佳;孔徑大小能否成像,受物距、像距的影響,物距越小,像距越小,則允許成像的孔徑越大,成像情形如圖()







 

 

6.若光源到針孔的距離為L250㎝,光源大小為d220㎝,針孔到螢幕的距離為L110㎝、成像的大小為d1=?
:依四者的關係式:d1L1=d2L2,可得d1102050d14㎝,即像高=4

7.若針孔不十分接近,則n個針孔可生成n個像。

8.針孔成像的實例:陽光穿過葉片之間的空隙後會在地面上形成一圈圈的亮區的影像,此乃因為稀疏的葉片造成類似針孔的效果,而太陽光過這些空隙即在地面上形成太陽的成像,且這些實像不只一個。

 

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