物理

彩虹仰角之探討

彩虹仰角之探討 (Angle of a Rainbow)
國立彰化高級中學物理科劉翠鵑老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

「所謂的彩虹,不過就是光。只要心還透明,就能折射希望!」。這是某首歌的歌詞,或許描述得不如教科書上精確詳盡,但確實也點出了彩虹形成的幾個要素──光、折射。彩虹是一個充滿想像的產物,但若從科學的角度來看,即為光進入水滴經反射、折射後,以某個角度進入眼睛。若光平行地面入射,經水滴折射兩次反射一次,則形成所謂的「虹」,虹的紅光在仰角42度;若光經水滴折射兩次反射兩次,則形成顏色較淡的「霓」,霓的紅光在仰角51度,如下圖所示。

底片(Film)的演化

底片(Film)的演化
國立台灣師範大學附屬高級中學物理科陳忠城老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

(1)人眼視角:人的眼睛雖然可以左右看到角度180度,上下看140度,但是能清楚分辨形狀及顏色的視角為50度左右,標準鏡頭是以人的肉眼的視角設計的鏡頭,拍出來的效果很像電腦上的一句話:What you see is what you get.

三稜鏡最小偏向角

三稜鏡最小偏向角 (Minimum Possible Deviation of the Prism)
國立彰化高級中學物理科賴文哲老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

稜鏡有很多類型及不同的功能,一般常提到的三稜鏡 (triangular prism)是以三角型為底,長方形為邊的三稜柱。光從一個介質進入到另一個介質時,速度會改變而產生折射,由於介質的折射率與光的波長或光的顏色有關,而產生色散作用。牛頓是第一個注意到稜鏡將無色的光分裂出顏色的科學家,他也利用透鏡和第二個稜鏡將彩虹重組成白光。

光放大器(Optical amplifier)

光放大器(Optical amplifier)
臺中縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

所謂光放大器就是能把光訊號放大的一種裝置。常見的放大器有三種:聲放大器、電放大器與光放大器。聲放大器最常見的就是喇叭,藉由電能轉變為聲能,因此可以把微弱的聲音訊號放大。

原色(Primary color)

原色(Primary color)
臺中縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

所謂原色是指不能透過其它顏色混合而得到的顏色。在色彩學中,有三種基本的原色可以混合出其它顏色,這三種顏色為紅色(red)、綠色(green)與藍色(blue),因此常被稱為RGB三原色。然而這是指疊加型的三原色,另外還有相減型的三原色,為洋紅、黃色與青色。

光譜儀

光譜儀 (Spectrometer)
臺中縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

所謂光譜儀是指分析入射光所組成各波長強度關係的一種光學儀器。在電磁波裡,由偵測器直接量測到的部分,數於對時間積分的強度,因此這種功率又稱為時間領域(time domain),而光譜部分,則是對頻率(或波長)做積分,因此這種功率又稱為頻率領域(frequency domain)或波段領域(band domain)。時間領域是屬於振幅(amplitude)的實部,因此可以直接使用功率偵測器(power meter)測量,而頻率領域是屬於相位(phase)的虛部,因此無法直接測量,必須使用光譜分析儀(optical spectrum analyzer,可以簡稱為OSA)。

稜鏡(Dispersive prism)

稜鏡(Dispersive prism)
臺中縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

所謂稜鏡是指截面為特定幾何形狀的柱狀光學透鏡。

最常見的稜鏡為三稜鏡,他是一種截面為三角形的柱狀透鏡,三稜鏡的功用可以用來分離複合光,最有名的實驗是牛頓利用三稜鏡產生彩虹狀的色散現象,相對的如果把入射光源改為雷射光等單色光源,當光通過三稜鏡後,並不會有色散發生,因此三稜鏡又可以用來檢驗光源是否為單色光或複合光。

海市蜃樓(Mirage)

海市蜃樓(Mirage)
臺中縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

所謂海市蜃樓指的是太陽光在大氣中,因為折射而產生的幻象。海市蜃樓,顧名思義,可以分成海市與蜃樓兩種。

所謂海市是指發生在靠近海邊的陸地上,往海面上觀看時,可以看見海面的上空會出現船隻的幻影,或是在海上航行時,在靠近陸地時,出現在天空中的陸地景像。以前科學不發達時,水手遇到這種幻象曾驚慌發狂的跳入海中。海市形成的原因是海水的比熱比空氣大,因此在夏天或中午的時候,靠近海面的溫度的溫度比高空的溫度低,因此密度大,另外還有一種形成的原因是空氣的熱漲冷縮,造成高空的空氣溫度較高,接近地表的空氣溫度較低。又由於密度大的物體折射率比較小,因此從海邊傳到陸地的光線會全反射回地面,因此在陸地上的人會看到高空中,形成正立的全反射影像,因此又可稱為上全反射。

照相機(Camera)

照相機(Camera)
臺中縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

所謂照相機是指利用光學成像原理,使影像記錄在底片或磁碟、光碟、記憶卡等數位資料儲存裝置中。依照資料儲存的方式,可以分為類比相機(analog camera)(或稱為底片相機)與數位相機(digital camera)。依照機械操作的程序,可以分為自動相機(或稱為傻光相機)、單眼相機。自動相機具有許多自動偵測的模組,因此只要按下快門鍵,照相機會自動選擇焦距、光圈大小與快門的反應時間,適合入門的初學者使用。

透鏡

透鏡 (Lens)
臺中縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

所謂透鏡是一種能將光線會聚或分散的裝置,通常是由玻璃作成,也可利用塑膠、樹脂或水晶所做成。透鏡根據它的幾何形狀,可以分為兩種:一種是兩邊較厚、中間較薄,稱為凹透鏡,另外一種是兩邊較薄、中間較厚,稱為凸透鏡。

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