光的反射

光的反射定律與平面鏡、拋物面鏡、球面鏡

幾何光學(Geometrical optics)

幾何光學(Geometrical optics)
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

所謂幾何光學是指利用幾何學的方法研究光學,得到的定律與原理稱之為幾何光學。當我們把光視為一種光束(beam)或一條線(ray),因此幾何光學又可以稱為線光學(ray optics)。利用幾何學裡,相似三角形,對應角相等、對應邊成比例的原理,我們就可以利用通過物體的兩條光線在經過透鏡或面鏡後,形成的交點,定義出成像的位置與性質。

光速

光速 (Speed of light)
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

所謂光速是指光波傳播的速度,以符號 $$c$$ 來表示,$$c$$ 可以是代表constant的意思,根據愛因斯坦狹義相對論,真空中光速為一個常數,不隨任何物理量改變,且任何可傳遞訊息的速度都不能比真空中的光速更大。

根據馬克斯威爾的電磁波理論,光速就等於電磁波的速度,因此推論出,廣義的光波就是電磁波(狹義的光波是可見光)。在牛頓的粒子說裡預測:光波在介質中的速度比在真空中的速度快,這項預測後來被佛科所打破,佛科測出水中的光速比真空中慢,證實牛頓的光粒子性是錯誤的。

光通量(Luminous flux)

光通量(Luminous flux)
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

所謂光通量就是指一種表示光功率的物理量。尤其是指人眼所能感應到的光功率,而輻射通量(radiant flux)比較傾向於指的是由光源所發出的光功率。發光強度(luminous intensity)則是指單位角度內的光通量。

發光強度的SI標準單位是燭光(kandela,簡稱為 $$cd$$)。光通量的單位是流明 $$(lm)$$,可以等於燭光乘以球面角 $$(cd-sr)$$。輻射通量的單位則是瓦特 $$(W)$$。

光槓桿(Optical Lever)原理

光槓桿(Optical Lever)原理
國立臺灣師範大學物理系李聖尉碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

此為一簡單的裝置,卻可有特殊不同之結果。如同只要有一根棍子及一顆石頭,即可有如同大力士把重物舉起的驚人之舉!

首先,只考慮如下圖一之圖形,而忽略數學的部份:

圖中底端為鏡子,虛線為法線。當我們從法線入射一束光線(亮紅箭號),即入射角為 $$0^\circ$$,此時反射角亦在法線上(暗紅箭號)。

平面鏡成像(Image Formation in Plane Mirrors)的探討

平面鏡成像(Image Formation in Plane Mirrors)的探討
國立台南第一高級中學物理科羅焜哲老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

Q:平面鏡的成像是上下不顛倒但左右相反?

A:鏡面的上下與左右並無差異,如果左右相反,為何上下沒有顛倒?如圖,一個物體(以座標軸表之)的平面鏡的成像與物體本身比較,兩者在空間中的方向其實是「前後(軸)相反」。為什麼我們大家錯以為是左右(軸)相反呢?

鏡子(Mirror)

鏡子(Mirror)
高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

鏡子是一個有平滑反射面,足以形成影像的物體。我們最熟悉的鏡子,為平面鏡,它有一平整的反射面。曲面鏡則使用來產生放大與縮小的像,及用來會聚或發散反射的光線。

鏡子通常用來整理儀容、裝飾與建築。鏡子也使用在科學儀器上,例如:望遠鏡、雷射、照相機與工業機器上。大部分鏡子為可見光設計,但是有些光學儀器,需要鏡子來反射其它的波或其他波長的電磁輻射。

曲面鏡(Curved Mirror)

凹面鏡

凹面鏡,又稱為會聚面鏡,為一個朝光源凹陷的反射表面。不同於凸面鏡,凹面鏡會因為與物體與鏡面的距離而產生不同種類的影像。

這種鏡面稱為「會聚」是因為它們會收集射至表面的光線。平行射入的光線會被重新聚集到焦點上。這是因為每束光線以相同方向射在鏡面上,而鏡面上每個點的法線方向皆不同。

全反射

全反射 (Total Reflection)
高雄市立高雄女子高級中學一年級蕭渝庭/高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

全內反射

全內反射為一個光學的現象。當一束光線通過介質的邊界時,與法線間的角度大於臨界角就會發生全反射。如果另一個介面的折射率比較小,沒有光能通過,所以全部的光線都被反射回來。入射角中的臨界角是發生全反射的關鍵所在。

當一束光線通過折射率不同的介質時,有一部分的光束會在邊界發生折射,有一部份則被反射。當入射角等於臨界角時,光束會被折射到沿著邊界走。但是,如果入射角大於臨界角,光束就無法通過介面而全部被反射回來。這個現象只發生在光線從折射率高的往折射率低的介質射入。

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