2010-高一基礎物理-6-5-light_wave

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6-5 光波 :

6-5 光波

光的傳播方式 :

光的傳播方式直線傳播光的反射光的折射光的干涉、繞射光在真空中或是均勻介質中，恆沿直線進行，所以常用光線或是光速光具有波動的性質，傳遞的是電磁場的變化光是電磁波的一種光在真空的速度，稱為光速，以C標示，

光直線傳播的驗證 :

光直線傳播的驗證影的形成：光遇到阻礙物後，會在後方形成影子。點光源遇到阻礙物後，在後方只能形成本影。

光的直線傳播的驗證 :

光的直線傳播的驗證光的可逆性：

光的反射與折射 :

光的反射與折射光的反射：光直線前進，遇到障礙物折回原來介質。 (1)入射線與反射線分別位在法線的兩側，且三者共一平面。 (2)入射角=反射角。

光的反射 :

光的反射反射的類型漫反射（散射）：粗糙不平的表面產生的不規則反射現象。鏡面反射：光滑表面產生的規則反射。

成像的差異 :

成像的差異實像：凡由實際光線會聚而成之像，稱為實像。

成像的差異 :

成像的差異虛像：凡非實際光線會聚，而由其反向之延長線會聚而成之像，稱為虛像。實物虛像

平面鏡成像 :

平面鏡成像正立虛像，與物左右相反。物距=像距，物與像大小相同。

凸面鏡成像 :

凸面鏡成像平行於主軸的光線入射至凸面拋物面鏡反射光線之反向延長線必會聚於虛焦點

凸面鏡成像 :

凸面鏡成像在凸面鏡前，不管離鏡面遠或近，都會產生一個縮小的正立虛像在鏡後應用：汽車的後視鏡、公路的轉彎處豎立的大型鏡面用來反射側面來車等。

凹面鏡Concave Mirrors :

凹面鏡Concave Mirrors 可以將入射的平行光聚焦於一點F；若將光源置於拋物面的焦點處，則射向鏡面的光線，反射後平行射出，可照射遠處，

凹面鏡成像性質(Convave Mirrors) :

凹面鏡成像性質(Convave Mirrors)

凹面鏡成像 :

凹面鏡成像應用：市售的化妝鏡有些做成凹面，可以看得較為清楚

凹面鏡成像 :

凹面鏡成像應用：市售的化妝鏡有些做成凹面，可以看得較為清楚接收無線電波的碟形天線曲面、對空探照燈、汽車的頭前燈等都是採用拋物面鏡的設計

幾何光學應用-天文望遠鏡 :

幾何光學應用-天文望遠鏡麥哲倫天文望遠鏡,有效直徑21.4公尺 From Serway

曲面鏡成像性質 :

曲面鏡成像性質

光的折射 :

光的折射

光的折射 :

光的折射折射的原因：光在兩介質中傳播的行進速率不同所引起的。

光的折射 :

光的折射折射率：光在真空的速率c，與光在某一介質之速率v的比值，以n表示：物理意義：光線偏折的程度光速（介值中）改變的程度

常見物質的折射率 :

常見物質的折射率

折射定律 :

折射定律光由光速快的介質進入光速慢的介質時，其折射線偏向法線，即入射角大於折射角。例：光從空氣中進入水中。光由光速慢的介質進入光速快的介質時，其折射線偏離法線，即入射角小於折射角。例：光從水中進入空氣中。

折射的應用 :

折射的應用視深小於實深

大氣折射 :

大氣折射來自觀念物理叢書

全反射概念-補充 :

光疏介質光密介質 ⊙臨界角：根據司乃耳定律： n1sinθc＝n2sin90o ⊙全反射的條件： (1)光必須由光密介質進入光疏介質。 (2)入射角θi ＞臨界角θc。介質2 介質1 全反射概念-補充

折射的應用 :

折射的應用海市蜃樓沙的比熱小地面空氣溫度高光疏介質高空空氣溫度低光密介質

醫學內視鏡 :

醫學內視鏡

透鏡 :

透鏡種類凸透鏡：中間厚、周圍薄雙凸、平凸、凹凸凹透鏡：中間薄、周圍厚雙凹、平凹、凸凹

性質 :

性質凸透鏡可會聚光線又稱為會聚透鏡凹透鏡可發散光線又稱為發散透鏡

組合透鏡 :

組合透鏡

透鏡各部名稱 :

透鏡各部名稱主軸焦點（兩個）鏡心焦平面（兩個）焦距曲率中心（兩個）曲率半徑（兩個）主軸焦點鏡心曲率中心

光線實際行進入線(補充) :

光線實際行進入線(補充) 光線經過透鏡折射後，實際上入射光與折射光兩者之間有一個小位移。若透鏡厚度遠小於球面的曲率半徑，形成薄透鏡。此小位移可以忽略

球面像差(補充) :

球面像差(補充) 整個曲面的折射，因各點法線方向不同，所以折射線無法匯聚在一起為了避免此種情形均採用薄透鏡（減輕曲度）或是將上下兩端遮蔽

色像差(補充)(chromatic aberration) :

色像差(補充)(chromatic aberration) 各色光相對於玻璃的折射率均不同，故折射線無法匯聚在一起改善方式多半使用薄透鏡改善限制透鏡口徑近軸光線（減少鏡面曲度）

凸透鏡成像情形 :

凸透鏡成像情形平行於凸透鏡主軸的入射光線，折射後通過鏡後的焦點通過鏡心的入射光線，直接通過透鏡，沒有偏移。通過凸透鏡鏡前焦點的入射光線，折射後平行於主軸

凸透鏡成像-概念的迷失 :

凸透鏡成像-概念的迷失若將透鏡遮住一半，請問否或成像？

眼睛與眼鏡 :

眼睛與眼鏡眼睛的結構就像一個小巧的照相機。

眼睛與眼鏡 :

眼睛與眼鏡正常人對物距為 25公分之物體，能使人閱讀清晰持久，且不費力，此距離稱為明視距離。若明視距離大於25公分者為遠視眼；小於25公分者為近視眼。人眼可以用明視的最遠處稱為遠點，正常人之遠點為無限遠。人眼可以明視最近處為近點，近點隨年齡之增長而略有增加。

眼睛與眼鏡 :

眼睛與眼鏡老花眼：年老眼睛失去靈活的調整作用，當其近視某物時，常不能增加眼睛曲率，故與遠視者雷同。須配戴凸透鏡的眼鏡以補救。

眼睛與眼鏡 :

眼睛與眼鏡近視：因眼珠之曲度過大或與網膜間之距離太長，遠處物體成像在網膜前方。須配戴凹透鏡的眼鏡以補救。如下圖所示。眼鏡的度數=

光的干涉 :

光的干涉

干涉 (Interference) :

干涉 (Interference) 是波的振幅可以線性疊加 (Superposition)」的一種特性。當兩列以上的波 (Wave，無論是水波、聲波、光波、電磁波) 重疊時，產生波振幅隨距離或時間的變化，這就是波的「干涉」現象。

光的干涉 :

光的干涉最常見的是指頻率相同或近似相同的數光波的干涉。在波的干涉現象中，合成的波振幅在各處現出極大 (或明亮區) 極小 (或昏暗區) 的明顯條紋，這是波動的特性，不是粒子性、或是向量幾何射線等可以描述的。

光的干涉 :

光的干涉物理學家楊氏 (Thomas Young, 1773 - 1829，下左圖) 利用光的「繞射」現象和雙狹縫造成兩列光的同調、相干特性，設計出來的雙狹縫「楊氏干涉儀」(下右圖)，首度發現光的干涉條紋，而證實光俱有波動特性。

光的干涉 :

光的干涉兩光源產生穩定的干涉圖樣的必要條件頻率必須相同。兩光源所發出的光波必須同相或對應波峰之間的時間差保持不變(相干性) 簡單來說，空間中任一點的兩光源的波程差不隨時間而改變所以兩光波同時稱為同調光(coherence light)

楊格的實驗-光的干涉 :

楊格的實驗-光的干涉由一個單色光束穿過兩個非常靠近的狹縫干涉的條紋是明暗均勻相間的條紋。國立中央大學物理系光學實驗

楊格的實驗-裝置立體圖 :

楊格的實驗-裝置立體圖

光紋間距的討論 :

光紋間距的討論 1.亮紋(暗紋)的間距狹縫的寬度成反比與屏幕的距離成正比與波長成正比

光紋間距的討論 :

光紋間距的討論 2.不同顏色的光有不同的干涉條紋，所以當入射光非單一色光時，干涉條紋便會是彩色的。

亮、暗紋的亮度強弱分佈 :

亮、暗紋的亮度強弱分佈光強度

光的繞射 :

光的繞射

夫瑞奈繞射Fresnel diffraction) :

夫瑞奈繞射Fresnel diffraction) 夫瑞奈繞射Fresnel diffraction：球面波干涉實驗過程簡單，數學困難

夫瑞奈繞射(Fresnel diffraction) :

夫瑞奈繞射(Fresnel diffraction) 中央亮點的成因圓盤邊緣到光影中央波程差均相同同相完全相長干涉亮點

夫朗和斐繞射(Fraunhofer diffraction) :

夫朗和斐繞射(Fraunhofer diffraction) 夫朗和斐繞射：平面波干涉實驗過程複雜，數學簡單

繞射成像結果 :

繞射成像結果紅光藍光混合色光

雷射光光源的繞射現象 :

雷射光光源的繞射現象

繞射與干涉的差別(比較) :

繞射與干涉的差別(比較) 繞射圖形干涉圖形

繞射成像的原理 :

繞射成像的原理我們把狹縫S放大來看根據海更士原理，狹縫中的每一點都可以視為一個新的點波源於是我們把狹縫中間分割成無限多個點，每個點都視為一個點波源