單元捌:光的折射

一、 介質與光的傳播

()、光的路線與不同介質的影響:

1. 光的折射:因為光在不同物質中的傳播速率不同,如常見介質的傳播速

率(公里/秒):空氣3000000>水225000>玻璃200000,造成光由一

種介質進入另一種介質時,行進方向會產生偏折,這種現象稱為折射。

2. 日常生活中折射所引起的現象有:人們觀察水中的魚感覺較近或較淺、

透過裝水的玻璃杯看東西感到變大或變小、筷子在水中看似被折斷、海

市蜃樓…等。

3. 折射定律光線進入另一介質時,會發生折射且符合以下現象:

(1).入射線與折射線分別在法線的兩側,且與法線同在平面內。

(2).速率大的一方,折射角大,折射線偏離法線。

20080722160240370.png

 

1. 光若是垂直入射水面,則不會發生折射現象,光由空氣進入水中內,

折射角小於入射角;故看到水中物體的深度較實際為淺(如圖一)所示。

()、光折射的應用:

1. 透鏡是運用光的折射原理製成的光學儀器,其種類如圖一所示:






 

 

2. 透鏡:由不同厚度的透明物(玻璃)組成,利用折射現象使光線產生偏折

而能成像的裝置;分為凸透鏡和凹透鏡兩大類。

(1).20080722153126557.png凸透鏡:透鏡週邊比中間薄
的透鏡稱為凸透鏡,能使入
射光向內偏折
,當平行光照
射時可使光線聚於一點(焦
點,從焦點到透鏡中心的直
線距離,叫焦距
),故又稱
為會聚透鏡,可產生實像或
虛像,亦可將像放大或縮小。

(如圖三)

(2).20080722153143104.png凹透鏡:週邊比中間厚的透 鏡稱為凹透鏡,能使入射光
向外偏折
,當平行光照射時
會將光線發散,但延長線仍
聚於一點(虛焦點),故又稱
為發散透鏡,只可產生縮小
虛像。(如圖四)

 

 

3. 平玻璃:玻璃週邊和中間一樣
厚,能使光線位移一小段距離,

光線進行方向不變。(如圖五)

20080722152918706.png

4.無論何種透鏡,在光線進入透鏡及穿出透鏡的同時,除了發生折射之

外,同時也會發生反射現象,故會減損折射光的能量,這也是折射式

光學儀器的最大缺點。(如圖六)
 

二、透鏡的成像

()成像原理:

1.

圖一:透鏡成像作圖

 
物體上某一點發散出的光經凸透鏡折射後聚於一點而成像,為方便了解

成像位置,取兩道特殊光線為代表(如圖一)







 

 

2. 圖中通過凸透鏡的AB兩光線,A平行主軸的光線,經凸透鏡折射

後必穿過焦點B穿過鏡心的光線,不產生偏折AB兩道光交會

處即為成像位置。

3. 凹透鏡成像情形類似凸透鏡,唯一不同處為平行主軸的A光線經折射

後無法與B光線交會,須靠眼睛將光線延長會聚於一點,因並非實際光

線會聚而成,故所成的像為虛像。

()成像性質:

1.物體在凸透鏡焦點外產生倒立實像,距凸透鏡(焦點)愈近,成像離鏡

愈遠,成像愈大且愈遠。(如圖二)







 

 

(1).  物體在凸透鏡焦點內產生放大正立虛像,距凸透鏡愈近,成像離透

鏡愈近,像愈小。(如圖三)

(2).  物體位於凸透鏡焦點上時不能成像,或成像在無窮遠處。

20080722153622852.png

 

(3).  物體透過凹透鏡產生縮小正立虛像,距凹透鏡愈近,像離鏡愈近且

愈大,離鏡無窮遠處,成像縮小為一點。(如圖四)

三、成像作圖與整理

1.凸透鏡和凹透鏡成像位置和性質整理,如表一:
20080722220647163.png

 

實物的位置

成像的位置

實虛

正倒

像與物比較

應 用

 

焦窮遠處

焦點上

X

一點

對、聚焦

二倍焦距外

焦點與二倍焦距間

較小

照相機

二倍焦距上

二倍焦距上

相等

找焦距

一與二倍焦距間

二倍焦距外

較大

幻燈機

焦點上

無窮遠處

X

X

X

 

焦點內

與實物同在一方

較大

放大鏡

老花眼鏡

透鏡前

與實物同在一方

(焦點內)

較小

近視眼鏡

焦窮遠處

焦點上

X

一點

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

※凸透鏡成像情形與凹面鏡相似,凹透鏡成像情形與凸面鏡相似

  2.光與聲音性筫整理光具有波動和粒子雙重特性,聲音也是一種波動

,兩者皆為能量比較如下:

表二:光與聲音比較

 
 

 


是否需介質

介質中快慢關係

空氣中速度

傳播方式

反射

真空>氣體>液體>固體

3×108 ms

直線

聲音

固體>液體>氣體

331+0.6T ms

擴散

 

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