第三章：光與色的世界

1. 第三章：光與色的世界 第一節：光的直進 第二節：面鏡成像 第三節：透鏡成像 第四節：光學儀器 第五節：光與色 第六節：月相、日蝕與月蝕

2. 第三節：透鏡成像概念圖 3-3-1：光的折射：光從一介質進入另一介質 3-3-2：凸透鏡與凹透鏡 原因 速率不同 光的折射現象 凸透鏡成像原理 凹透鏡成像原理

3. 感謝又感謝 • 感謝國立台南第一高級中學的網站第12章；光的性質 Properties of Light • 特別感謝Dr.Joseph F. Alward很慷慨的同意讓我們將他收集的諸多珍貴圖片呈現於本網頁上,並將之中文化以利於華文學生的學習.------------------劉演文老師翻譯 • 感謝其他獲得參考資料的網站

4. 光的折射現象 圖： 光從真空進入空氣時發生折射

5. 光的折射現象 圖： 光從空氣進入水面時發生折射

6. 光的折射現象 圖： 光從空氣進入水面時發生反射與折射

7. 光的折射現象 波前的一邊先變慢,導致整個波行方向的偏折

8. 光的折射現象 圖 ：光從水中進入空氣時發生反射與折射

9. 光的折射現象 圖 ：光從水中進入空氣時發生折射

10. 光的折射現象

11. 光的折射現象 http://che.cycu.edu.tw/jamnet/

12. 光的折射規律 • 所有角度的度量都是相對於法線（和界面垂直的線） • 當光線自一密度較小的介質進入另一密度較大的介質(如自空氣進入水中時)常常會向法線方向偏折 • 小→大：靠近法線 入射角大於折射角

13. 水中的視深 大→小；光穿過界面到一折射率較小的介質(空氣)後向左偏離法線。入射角小於折射角。

14. 日落時的折射 在我們看見落日的影像幾秒鐘前，太陽其實已經在地平面下了 落日的影像底部看來會有點扁平 

15. 費馬 • 費馬(Pierre de Fermat)是個律師，他利用空閒時間研究數學，卻在這方面有了很大的成就。 • 西元一六○一年出生在法國南部一個皮革商的家庭，大學時學法律，三十歲當選地方議員，但他的嗜好就是做數學和科學研究，經常以書信和笛卡爾、巴斯卡等著名學者討論數學問題。

16. 費馬 • 費馬運用數學的觀念，對光線在不同物質中行進的路線，提出「最短時間原理」， • 也就是說光會遵循最節省時間的路徑前進，而不是最短的路徑，這成為幾何光學最重要的基本理論之一。

17. 費馬 • 費馬很少發表著作，大多數的研究成果都寫在手稿、通信或書頁的空白處。還好，他的兒子在他死後五年，於西元一六七○年把這些資料整理匯集成書，我們才有機會了解這一位偉大的業餘數學家。

18. 費馬原理 • 「光」從一種物質行進到另一種物質時，會改變速度與方向，稱為「折射」。 • 光會遵循最節省時間的路徑前進，而不是最短的路徑，這種原理就叫最短時間原理，也叫費馬原理。

19. 費馬原理 當你去游泳池游泳的時候，有沒有發現水比你在池邊看起來的較深？這種原理就叫「費馬原理」。 文／楊淑鎮（博士） 圖／王惟慎　協助製作／國語日報社科學教室 真正的魚

20. 魚兒眼中的世界 看到的鳥比實際的近還是遠？

21. 折射與全內反射 光線由玻璃走到空氣時所產生的折射現象。注意入射角 i比折射角 r小。 當入射角 i大於臨界角度 c時，便產生全內反射

22. 全反射與臨界角 • 水到空氣的臨界角是48度。 • 任何由水中射向空氣的光線只要入射界面時的角度超過48度就無法穿出水面。 http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/light/index.html

23. 全反射 所有的光線在右斜界面處都有內反射,但其中前三道光線大部份的能量都穿出了菱鏡. 而第四、第五兩道光線則產生了百分之百的全反射

24. 鑽石內的全反射 • 鑽石置於空氣中時其內部全反射的臨界角只有24.5度。 • 任何由內部射向鑽石表面的光線只要超過24.5度就無法逃離鑽石內部。

25. 海市蜃樓

26. 海市蜃樓──空中金字塔

27. 遙 遠 的 道 路 盡 頭 可 以 看 見 有 一 汪 清 水 ， 但 是 實 際 上 在 這 並 不 存 在

29. 沙漠綠洲

30. 海市蜃樓

31. 海市蜃樓 在溫度隨高度變化的空氣中，光線因折射而走出彎曲的路徑

32. 海市蜃樓 • 「海市蜃樓」的英文是mirage。 • 在中文裡所提到在水面上的海市蜃樓，由於影像看起來會飄在空中，所以稱之為「上蜃景」(superior mirage)； • 而在沙漠中的影像，由於出現的位置低，稱為「下蜃景」(inferior mirage)。 (感謝Ophelia提供中文翻譯名稱)

33. 沙漠中的海市蜃樓(下蜃景，inferior mirage) 空氣受熱膨脹，相對的較稀薄，而光在越稀薄的空氣中傳播越快。所以在下方比較熱的空氣是相對的疏介質，而上方較冷的空氣則是相對的密介質。 http://per.ntptc.edu.tw/01PRL/05refraction/imaging/mirage/mirage.htm

34. 水面上的海市蜃樓(上蜃景，superior mirage) 接近湖面的部分溫度較低，而離水面較遠的高處，溫度較高 http://per.ntptc.edu.tw/01PRL/05refraction/imaging/mirage/mirage.htm

35. 第三節：透鏡成像概念圖 3-3-1：光的折射：光從一介質進入另一介質 3-3-2：凸透鏡與凹透鏡 原因 速率不同 光的折射現象 凸透鏡成像原理 凹透鏡成像原理

36. 凸透鏡與凹透鏡 • 透明玻璃製成，能使光線偏折。 • 凸透鏡：中間部分較周圍部分厚的透鏡。 • 凹透鏡：中間部分較周圍部分薄的透鏡。 凹凸 凸凹

37. 焦點、虛焦點、焦距 • 凸透鏡可使入射的平行光線會聚於一點，此點稱為凸透鏡的焦點。 • 凹透鏡可使入射的平行光線發散開來，但若是將發散的光線向反方向延伸，仍會相交於一點，此點稱為凹透鏡的虛焦點。 • 從焦點（或虛焦點）到透鏡中心的距離稱為透鏡的焦距。

38. 尋找凸透鏡的焦點與焦距 1.紙面與鏡面平行 2.上下移動凸透鏡 3.光在白紙上形成最小、最亮的點 4.亮點的位置即為焦點， 5.紙面與鏡面的距離即為焦距。

39. 尋找凸透鏡的焦點與焦距 1.蠟燭與鏡面相距至少 1 公尺以上 (越遠越好) 2.移動紙面 3.光在白紙上形成最小、最亮的點 4.亮點的位置即為焦點 5.紙面與鏡面的距離即為焦距

40. 透鏡折射 2次折射：進入及離開透鏡各1次 http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/thickLens/index.html

41. 凸透鏡成像 4068_t 王建忍師 http://www.nani.com.tw/big5/content/2003-07/08/content_24126.htm 南一 http://www.takes.tn.edu.tw/mirror/mirror21.htm 透鏡家族凸 http://www.takes.tn.edu.tw/mirror/mirror22.htm 透鏡家族凹

42. 凸透鏡成像

43. 凸透鏡成像繪圖法 http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/Notes/optics/lens.html

44. 凸透鏡成像繪圖法（1） 第一步：由物體畫水平線抵達透鏡後 經透鏡折射穿過焦點

45. 凸透鏡成像繪圖法（2） 第二步：由物體畫穿過透鏡透鏡中心的直線

46. 凸透鏡成像繪圖法（3） 第三步：由物體畫穿過同側焦點的連線，抵達透鏡後折射 成水平線

47. A B’ B F F O A’ 凸透镜成像的三条特殊光线 •平行於主光軸的光線, 經折射後通過另一側焦點 •通過同一側焦點的光線, 經折射後和主軸平行 •通過透鏡中心的光線，經過透鏡後方向不變 http://218.17.223.60/teacher/physics/zhwl.htm

48. 凹透鏡成像 http://202.99.219.231/netedu/kj/gz/wl/wl027/dlens.htm http://www.oh100.com/teach/teacher/duomeiti/kejian/xuandeng/image/Fla/uv_3.swf 奧博教育網簡體 http://www.nani.com.tw/big5/content/2003-07/08/content_24195.htm 南一

49. 凹透鏡成像 對凹透鏡, 無論物距多大, 都不能在光屏上成實像, 只能 通過透鏡看到物體同側有一 個正立、 縮小 、 虛像。

50. 凹透鏡成像繪圖法