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。

在均勻介質中，光會呈現直線前進，這是幾何光學基本的性質。利用這項原理，我們可以解釋影子的形成，以及影子的大小會和原物成比例。另外日蝕與月蝕的形成，也可以利用幾何光學來解釋，並且透過計算，與測出下次成蝕的周期，這項進步使”天狗食日”與”天狗吞月”的傳說不攻自破。另外，還可以利用日影做成計時的日晷，但因為陰天與雨天無法使用，而且日影會隨著季節而改變，因此若需較精確的日晷，刻度會變得很複雜，故機械鐘發明即迅速被取代。

光行進過程中，遇到不透明的介質時，行進方向會朝相反方向前進，因此稱為反射。

反射可以分為兩種，一種是單向反射，另外一種則為漫反射。

所謂單向反射為反射面為平面時，如果入射光為平行光束，則反射光線也會互相平行。在生活中，我們常利用平面鏡來整理儀容，就是利用單向反射的原理。另外，如湖面的反射、汽車玻璃的反射等，也都是單向反射的例子。

所謂漫反射為反射面不為平面，如果入射光為平行光束，則反射光線不會互相平行。在生活中，我們利用物體的漫反射所產生的亮暗程度不同，才看見物體的立體形狀。另外，晴天的天空呈現藍色，澄清海水呈現藍色，也是因為藍光在空氣中與海水中，容易經由漫射而被人看見。

光行進過程中，遇到透明介質時，行進方向會產生偏折，因此稱為折射。因為折射，所以使光線看起來似乎呈現不連續變化，例如:插在水中的筷子，看起來好像折斷一樣，站在水深及膝的人，看起來腳會好像變短等等現象，都是生活中折射所產生的現象。

參考資料: http://en.wikipedia.org/wiki/Geometrical_optics