5-4 光與生活

1. 5-4　光與生活 一、光通量、照度與發光強度 二、光的三原色 三、視覺暫留 國立苑裡高中 高一基礎物理

2. 一、光通量、照度與發光強度 • 60瓦特的鎢絲燈泡與日光燈管被點亮後，常會感覺日光燈較明亮，因此物體所接受到的明亮度，似乎不只與光源所發出的能量有關，必定還與某些其他因素有關。 • 光通量（luminous flux） _發光體所發出光線(可見光)的明亮強弱(人眼的亮暗感受) 。 • 照度（illuminance） _被照物體所接受到的光線亮度 。 國立苑裡高中 高一基礎物理

3. 光通量（Luminous flux）(1) 圖5-33　視覺敏感度曲線。將最大值的發光率放大為683倍，則其他發光效率將相對放大。所以取683倍是為了與最被熾熱的白金光源1cm3所發出之光通量單位做對應。 • 眼睛對可見光(400nm紫光～750nm紅光 )的敏感度經實驗顯示如視覺敏感度曲線圖，以555nm黃綠光最敏感。 • 計算發光體各色光單位時間通過某區域的能量，乘上該波長的發光效率，再乘上人為的倍數683，此種合成量稱為光源的「光通量」。 國立苑裡高中 高一基礎物理

4. 光通量（Luminous flux）(2) • 光通量的標準單位稱為流明（lumen，簡記為lm），因次與功率的單位瓦特相同，都是J/s。 • 光通量（ lm）=683×發光效率×光源的發光功率（Watt） （5.2） • 因已考慮生理因素（人眼的敏感度），流明的意義與瓦特並不相同 國立苑裡高中 高一基礎物理

5. Q1.A光源一顆為500nm 10W的綠光LED與B光源為一顆555nm 5W的黃綠光LED 何者看起來比較亮呢? 圖5-33　視覺敏感度曲線 • A>B • A=B • A<B • 顏色不同 無法比較 國立苑裡高中 高一基礎物理

6. 照度（illuminance）(1) • 指在被照物體表面單位面積所接受到的光通量，其單位為lm /m2，稱作勒克斯（lux，簡記為lx），1 lux代表每平方公尺有1lm之光通量。 • 照度（ lx）=光通量(lm)/面積(m2) （5.3） • 除了平行光外，光源的光通量、物體至光源的距離都會影響被照射物體的照度。 國立苑裡高中 高一基礎物理

7. 照度（illuminance）(2) • 以點光源為例 • I（照度）＝F（光通量）／4πr2 （5.4） • 照度與光源之光通量成正比，與至光源的距離平方成反比。故當距離加倍時，照度將降低為原來的四分之一。 國立苑裡高中 高一基礎物理

8. Q2.有光通量為4800流明點光源，距2m處其照度約為何? • 400 lux • 200 lux • 100 lux • 50 lux 國立苑裡高中 高一基礎物理

9. Q3.有A、B兩個點光源發光強度各為　A：16 cd、B：4cd，今使兩者相距6m，則在兩光源之間何處置一光屏時，兩光源對光屏兩邊會有相同的照度？ • 距A光源1公尺處 • 距A光源2公尺處 • 距A光源3公尺處 • 距A光源4公尺處 • 距A光源5公尺處 國立苑裡高中 高一基礎物理

10. 發光強度（luminous intensity）(1) • 當發光體發射出去的光通量各方向並非均勻時，我們須有新物理量說明光通量沿著不同方向的變化情形___發光強度。 • 發光強度代表發光體通過每單位立體角的光通量，其單位為燭光（candela記為，cd），即發光強度（cd）= （5.5） • 國際SI制是以cd為基本物理量。 • 發光強度為1燭光的點光源，代表每1立弳內發出1流明的光通量 國立苑裡高中 高一基礎物理

11. 發光強度（luminous intensity）(2) 國立苑裡高中 高一基礎物理

12. Q4.一點光源發出球面波，已知離光源2m處的照度為5 lux，則該光源的發光強度為多少燭光？ • 4 • 8 • 10 • 20 • 25 國立苑裡高中 高一基礎物理

13. 補充資料　立體角 平面上的角度＝半徑為1時，角度所含蓋的球面積大小（單位為弳） 空間上的角度＝半徑為1時，立體角所含蓋的球面積大小（單位為弳） 圖5-34　平面上的角為π／3弧弳與空間中的立體角為π／2立弳 國立苑裡高中 高一基礎物理

14. 二、光的三原色(1)色散 圖5-35　白光經過三稜鏡所折射而產生色散現象 • 在十七世紀牛頓就已經利用白光射入三稜鏡會產生折射現象，由於不同色光在三稜鏡中折射的角度不同，所以白光中的紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等七彩色光就偏折到不同位置，亦即產生色散。 • 紅光經由三稜鏡偏折的角度最小。紫光最大。 國立苑裡高中 高一基礎物理

15. Q5.當一束光線通過三稜鏡時，其所產生的色散現象，下列哪一選項中的圖是正確的？（V：紫光、R：紅光，且已知紅光在三稜鏡中的速率比紫光快）Q5.當一束光線通過三稜鏡時，其所產生的色散現象，下列哪一選項中的圖是正確的？（V：紫光、R：紅光，且已知紅光在三稜鏡中的速率比紫光快） 1 2 3 4 國立苑裡高中 高一基礎物理

16. 二、光的三原色(2)彩虹 圖5-36　美麗的彩虹是日光經水珠折射所產生的色散現象 圖5-37　彩虹色光形成示意圖。我們看到彩虹上的各種色光都是來自不同水珠的散射。圖中陽光水平入射時，紅光仰角為42度、紫光仰角為40度。 • 彩虹其實就是日光的色散現象，日光經由水氣中的小水珠偏折而產生色散，因而產生彩虹 • 同一水珠色散後的各種色光偏折到不同角度，眼睛無法同時看到它們，但可看到不同角度的水珠所偏折的不同色光。 • 所以我們看到的彩虹，上面每一種顏色都是來自於不同仰角的水珠所造成的色散（圖5-37）。 國立苑裡高中 高一基礎物理

17. Q6.某人清晨見西方一道彩虹，當太陽漸漸升起時，他所見彩虹仰角Q6.某人清晨見西方一道彩虹，當太陽漸漸升起時，他所見彩虹仰角 • 位置不變 • 漸漸變大 • 漸漸變小 • 漸漸變淡 • 漸漸上升 • 漸漸下降 國立苑裡高中 高一基礎物理

18. 二、光的三原色(3)三原色 • 科學家發現，只要選擇三種彼此有相當差距的單一色光，依照不同的比例混合，就幾乎可以產生任意色光，這就是光的三原色理論。 • 目前大家公認的紅、綠、藍三色光，就是光的三原色。以相同強度的紅、綠、藍光同時投射在白色屏幕上的結果，重疊的部分看起來就變成不同的顏色。 國立苑裡高中 高一基礎物理

19. Q7.將強度相同的600nm的紅光與500nm的綠光打在一起，在我們視覺上會出現的情形如下表，下表的敘述何者正確？Q7.將強度相同的600nm的紅光與500nm的綠光打在一起，在我們視覺上會出現的情形如下表，下表的敘述何者正確？ • 甲、Ⅰ • 甲、Ⅱ • 乙、Ⅰ • 乙、Ⅱ 國立苑裡高中 高一基礎物理

20. Q8.由實驗觀察得知，當鎢絲的溫度逐漸增高時，其發光的顏色，會由紅色逐漸變為白色在轉為藍色。下列有關這個現象的敘述，何者正確？　Q8.由實驗觀察得知，當鎢絲的溫度逐漸增高時，其發光的顏色，會由紅色逐漸變為白色在轉為藍色。下列有關這個現象的敘述，何者正確？　 • 鎢絲在溫度較低時，只發出紅光 • 鎢絲在溫度較高時，只發出藍光 • 鎢絲在溫度較低或較高時，都能發出紅光與藍光，只是兩者的比例不同 • 鎢絲在溫度較高時，不發出紅光 • 鎢絲在溫度較高時，會變成單色光源。 國立苑裡高中 高一基礎物理

21. 二、光的三原色(4) • 主要是因我們眼睛的視網膜結構僅能對此三種色光產生反應。 • 經由大腦的翻譯來感知彩色世界 • 人工色彩利用此原理來欺騙大腦產生色彩_電視及印表機 國立苑裡高中 高一基礎物理

22. 二、光的三原色(4)自然的顏色 • 我們能「看到」物體，是因物體將日光漫射後，進入我們的眼睛，而產生了視覺效果所致。 • 物體反射出來的光和入射的光常會有不同的色光組合，這是因為光照射在物體上，會有部分光被吸收其部分光被反射或透射，只有被反射或透射出去的光，才會進入到我們的眼睛，而讓我們感受到物體的顏色。 國立苑裡高中 高一基礎物理

23. Q9.黃色香蕉在下列哪一種色光的照射下會呈現出黑色？Q9.黃色香蕉在下列哪一種色光的照射下會呈現出黑色？ • 紅光 • 黃光 • 綠光 • 藍光 國立苑裡高中 高一基礎物理

24. 三、視覺暫留 • 物體的光在視網膜上形成影像，大腦就產生視覺。此時若將物體移開或閉上眼睛，大腦中的視覺影像不會馬上消失，而會停留大約1／16秒，此稱為視覺暫留（persistence of vision） • 當電影以每秒24張的速率播放時，相鄰兩張底片時間間隔僅有1／24秒﹐小於視覺暫留的時間，所以可以產生連續動作的影像。 國立苑裡高中 高一基礎物理

25. 國立苑裡高中 高一基礎物理

26. 最原始的卡通影片 國立苑裡高中 高一基礎物理

27. 國立苑裡高中 高一基礎物理

28. Q10.一置於暗室中的電風扇有三片扇葉，彼此均勻間隔，正以每秒10轉的固定頻率旋轉。現利用閃光攝影術來拍攝旋轉中的扇葉，若閃光燈每間隔1/30秒閃光一次，考慮視覺暫留的效應，則在拍攝時可看到幾片似呈靜止的扇葉？　Q10.一置於暗室中的電風扇有三片扇葉，彼此均勻間隔，正以每秒10轉的固定頻率旋轉。現利用閃光攝影術來拍攝旋轉中的扇葉，若閃光燈每間隔1/30秒閃光一次，考慮視覺暫留的效應，則在拍攝時可看到幾片似呈靜止的扇葉？　 • 3 • 6 • 9 • 18 • 由於扇葉快速轉動，影像模糊不清。 國立苑裡高中 高一基礎物理

29. 你應該知道 • 光通量 • 照度 • 發光強度 • 光的三原色 • 色散與彩虹 • 視覺暫留 國立苑裡高中 高一基礎物理