光學4-1

課程名稱

課程名稱

：

_：

光的直進

_光的直進

課程名稱

課程名稱

：

_：

光的直進

_光的直進

光直進的證據



光直進的證據：

 影子

 陽光下的柵欄  皮影戲  日蝕與月蝕  日晷（計時器）  影子的形狀

光直進的證據



光直進的證據



因光的直線傳播性質，光也稱為 。  針孔成像  雷射光  針孔成像實驗 _{ 樹蔭下的小圓} 點 光線 （媒體： 1_{， 39” ）} （太陽的像）

 _

光直進示意圖

 卡片實驗：  二張卡片中央各打一小孔， 調整二張卡片的相對位置  只有 情形 下，人透過小孔可見燈光  水管實驗：  相對的二人，各由水管的一側看去，欲由管內看到對方  只有 情形下， 二人可由管中見到對方 二張卡與人眼連成一直線 二人與水管連成一直線 （媒體： 1， 1’42 ” ）

影子的形成



影子的形成：

（ 1 ）點光源的光線以 方式向外做直線傳播 （ 2 ）當光遇不透明的障礙物時，會在障礙物的 形成陰影 稱為 。  影子的大小可由點光源向障礙物四周端點作 推求 （ 影子是光的射線無法到達的地方 ） 異側 影子 放射狀 光的射線

 太陽光為

平行光



影子的形成：

（ 3 ）影子的形狀與障礙物的形狀有 關係。

影子的形成

本影與半影



本影與半影：

（ 1 ） ：光完全照不到的全黑區域。 （ 2 ） ：在本影周圍，光部份照不到的的灰暗區域 本影 半影 手掌的本影 本影周圍有半影 手漸遠離牆面  本影面積縮小，半影面積增 大

影子的大小變化討論



討論：

（ 1 ）圖中手，若向左移動，影子的大小變化？ 。 （ 2 ）圖中手，若向右移動，影子的大小變化？ 。 （ 3 ）手若不動，將蠟燭向左，影子的大小變化？ 。 （ 4 ）手若不動，將蠟燭向右，影子的大小變化？ 。 （ 5 ）投影牆若向左移動，影子的大小變化？ 。 （ 6 ）投影牆若向右移動，影子的大小變化？ 。 變大 變小 變小 變大 變小 變大

本影與半影成因示意圖

不透明體 光源 （媒體： 1， 36” ； 2， 55” ； 3）  推薦影片 ( _{日蝕和月蝕， 10’48” ，台灣師大活學網 )} 本影 半影 半影

日全蝕



日偏蝕



日偏蝕



 針孔成

像

針孔成像實驗程序



實驗程序：

（ 1 ）紙杯口貼 紙，杯底中央 。 （ 2 ）將杯底小孔對著前方點燃之蠟燭 （ 3 ）觀察：在 上看到 。 描圖 刺一小孔 描圖紙 一支燃燒中的倒立蠟燭 蠟燭 蠟燭的像 （媒體： 1 ） （孔的形狀無關）

針孔 _紙屏

針孔成像原理



針孔成像原理：

。  成像作圖：由物體各端點位置，經過小孔作 數 條。 再把各像點連線，可推知像之性質 （ 像之性質：正倒立、放大或相等或縮小的像_{… . ）} 光的直進 直線

C

'

C

A

'

A

B

B

'

 實像： 是作圖法中光實際光線的交 點  眼睛可見、能成像在 紙屏上  實像： 是作圖法中光實際光線的交 點  眼睛可見、能成像在 紙屏上  針孔成像之像：  必倒立： 上下顛倒、左右相 反  必實像  大、小、相等皆可 能

針孔成像示意圖

？

A

B

C

D

'

A

'

B

'

C

'

D

'

A

'

B

'

C

'

D

上下顛倒 左右相反 將紙面圖案正面順時針（或逆時針）轉 180 度

A

B

C

D

針孔成像性質



針孔成像性質

： （ 1 ）像之性質：  正倒立  。  像實虛  。  像的形狀  。  像的大小  。 （ 2 ）討論：  當光屏與孔距離不變時，蠟燭靠近針孔時，像的大小 。 蠟燭遠離針孔時，像的大小 。  當光屏與蠟燭距離不變時，針孔靠近光屏時，像的大小 。 針孔遠離光屏時，像的大小 。  針孔愈小，光愈集中，像愈 ，亮度 。  針孔愈大，光愈分散，像愈 ，亮度 。  小孔若有二個，就會有 個像，類推之。  針孔孔徑過大時，只能看見 ，則 無法看見成像。 倒立 （上下顛倒、左右相 反）_實像 大、小、相等皆可能 變大 變小 變小 變大 2 清晰 較暗 模糊 較亮 （媒體： 1 ， 2 ） 相似（對應邊成比例） ㄧ圈亮區   原光路 後光路  原光路 後光路

相似形的對應邊關係

A B C D E F

對應邊長成比例

相似

與







ABC

DEF

EF

BC

DE

AB 



A B C D E F

EF

BC

DE

AB 



A

B C D F G H

CH

GC

DF

AB 



墨子

針

孔

成

像

史

實



光速：

（ 1 ）光不用藉介質而傳播，光速為每秒傳播 公 里 （ 2 ）光速傳播視同等速運動 （ 3 ）光在不同介質中的傳播速率：介質愈 ，光速 愈慢

光在不同介質中的傳播速率

30 萬

s

m

s

Km

C



3



10

5



3



10

8



緊密



真空

 空氣＞液體

（水）

＞固體

（玻璃）

t

X

V







時間

距離

光速

距離



光速



時間



X



Vt

300000

225000

200000

範例解說

1. 如圖為其針孔成像的實驗裝置，如左下圖， 回答下列問題： （ 1 ）紙屏上的成像圖案為下列何者？ 。 （ A ） （ B） （ C ） （ D ） B （ 2 ）針孔移近燭火時，燭火的像如何變化？ 。 (A) 變大　 (B) 變小　 (C) 不變　 (D) 不一定。 （ 3 ）針孔移近紙屏時，燭火的像如何變化？ 。 　 (A) 變大　 (B) 變小　 (C) 不變　 (D) 不一定。 （ 4 ）若蠟燭長度為 2 cm ，則成像長度為？ 。 　 (A) 2 cm (B) 4 cm (C) 8 cm (D) 16 cm A B 2cm

cm

x

x

or

4

2

20

10







B  將紙面圖案向順時針方向 ( 或向逆時 針） 正面轉 180 度 _針轉順或逆時_180° X 大 大 小 小

倍

2

 _

倍

2

2. （ ）如附圖所示，小治站在聚光燈的前面，經過光線照 射， 在牆壁上形成明顯的影子，燈距離小治 2 公尺 ，而小治 距離牆壁 3 公尺，假設小治的高度為 150 公分 ，那麼影 子高度可能為何？ 　 (A) 375 公分　 (B) 400 公分　 (C) 380 公分　 (D) 240 公分

範例解說

150 cm X cm 2 m 5 cm

cm

x

x

or

375

150

500

200







A

倍

5

.

2

倍

5

.

2

cm

375

5

.

2

150







範例解說

3. 水平面上立三根竹桿，長度相同如圖所示，若甲、乙相距 2 m ，乙 、丙相距 4 m ，則回答下列問題： （ 1 ）（ ）陽光從右上方照來，如圖（一），則 桿影的長度大小順序？ （ 2 ）（ ）燈光在右上方約距離丙 5m 處照來，如圖（二） ，則 桿影的長度大小順序？ 　（ A ）甲＝乙＝丙　（ B ）甲＞乙＞丙 　（ C ）丙＞乙＞甲　（ D ）甲＞丙＞乙。 圖（一） 圖（二） 太陽光  平行光 A



點光源  放射光 B （媒體： 1 ， 15 ” ）

範例解說

4. 台北與高雄距離 300 公里，光速 秒可抵達。 5. 太陽光 500 秒可達地球，二者距離 公 里 =1 a.u. 6. 若地球與月球相距 38 萬公里，若光由地球傳播到月球需時 1.3 秒 則光的傳播速率每秒 公里。

sec

001

.

0

10

10

3

10

3

10

3

300

₃ 5 2 5

_

















V

X

t

0.001

Km

Vt

X

8 5 3 5 5

₅₀₀

₁₅₀₀

₁₀

₁

_.

₅

₁₀

₁₀

₁

_.

₅

₁₀

10

3























1.5 X108

s

km

t

X

V

5 5

10

92

.

2

3

.

1

10

8

.

3











2.92 X105