主題七 : 光的反射干涉干涉繞射繞射與都卜勒效應一光的反射. 反射定律 : () 入射線反射線法線在同一平面上且入射線與反射線位在法線的兩側 () 入射角等於反射角 ( i=r ). 反射的種類 : () 單向反射 : 光遇平滑的反射面, 平行射入, 其反射光亦平行射出 () 漫射 :

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尖理狷霍
5 years ago
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1 光的光的反射光的光的反射光的反射干涉干涉繞射繞射與都卜勒效應項少龍老師項少龍老師

反射的種類 : () 單向反射 : 光遇平滑的反射面, 平行射入, 其反射光亦平行射出 () 漫射 : 光遇粗糙的平面, 平行射入, 其反射光的方向卻不平行 (

2 主題七 : 光的反射干涉干涉繞射繞射與都卜勒效應一光的反射. 反射定律 : () 入射線反射線法線在同一平面上且入射線與反射線位在法線的兩側 () 入射角等於反射角 ( i=r ). 反射的種類 : () 單向反射 : 光遇平滑的反射面, 平行射入, 其反射光亦平行射出 () 漫射 : 光遇粗糙的平面, 平行射入, 其反射光的方向卻不平行 ( 仍遵守光的反射定律 ) 3. 平面鏡成像 : () 生成鏡後, 虛像, 其大小與實物相等, 且上下不顛倒, 左右相反 () 像與鏡面的距離和物與鏡面的距離相等 ( 即物距 = 像距 ) 4. 平面鏡的性質與應用 : 兩平面鏡夾角 θ, 物置於其間, 因光可連續多次反射, 因此可形成多個像 ( 萬花筒 )

3 5. 凹面鏡 : 可將平行入射於其內之光匯聚於焦點上 6. 凸面鏡 : 可成正立縮小虛像, 可作為路邊之轉彎鏡 ( 增加視野 ) 二全反射部分折射. 全反射 : 快 () 發生條件光由慢介質進入快介質入射角大於臨界角 ( θ ) (PS: 臨界角 : 折射角為 90 度時之入射角 ) C 慢部分反射 00% 反射 () 實例 : 海市蜃樓光纖管鑽石光彩奪目三光的干涉與繞射. 光的干涉與繞射 : 所有的波動經過障礙物皆會有干涉與繞射現象, 故當光通過障礙物時, 亦會有干涉與繞射現象. 實例 :() 若將不透明之障礙物置於光源前方, 則障礙物之影子邊緣會有變模糊的現象 () 水面油層所發生的彩色光, 為油層上下表面的反射光產生干涉 ( 薄膜干涉 ) 而形成 (PS:CD 表面之彩色光原理亦為薄膜干涉 )

4 3. 楊格雙狹縫干涉實驗 : 光源 S 經濾光器後產生單色光, 再經過單狹縫 S ( 使 S 與 S 3 同調 ) 後成為柱面光波, 此柱面波通過雙狹縫 S 與 S 3 後, 產生兩新的柱面波 ( 同相 ), 並於遠方屏幕上形成亮暗相間的干涉條紋 4. 光波 ( 電磁波 ) 的都卜勒效應 : 當電磁波 ( 光波 ) 源與觀測者連線間有相對運動時, 則亦會有視頻率變化的現象 5. 思考 : 光波都卜勒效應之實例 : 星體發光之紅位移現象電磁波都卜勒效應之應用 : 都卜勒雷達 ( 測速雷達 ) 3

5 <~/~ 獵殺新物理 >. 一教室的牆上有一平面鏡, 下圖為其俯視圖學生四位, 甲乙丙丁, 在教室內排演話劇, 當教師站在門口黑點的位置, 四位學生分別位於圖中所示的位置, 則教師由鏡中可以看到哪一位學生? 9 學測. 某甲身高 80 公分, 眼高 70 公分, 某乙身高 60 公分, 眼高 5 公分, 兩人同時立於一平面鏡前, 如果兩人皆想見到自己全身的像, 則鏡長至少應為若干公分? 3. 某人站在平面鏡前 a 米處, 欲見其身後高 h 米, 距平面鏡 b 米處之一顆樹之全貌, 則 : () 至少鏡長需若干? () 他所見到樹的像距他多遠? 4. 甲乙兩個平面鏡相交成直角, 一物位於鏡前, 此物經平面鏡反射後的成像情形如下圖所示, 三個虛像分別以像 I 像 II 像 III 表示若眼睛自 P 處向乙鏡, 則總共能看見哪幾個像出現在乙鏡中? 9 學測 5. 如右圖為一潛望鏡的結構圖,M 與 M 為兩鏡面平行的平面鏡, 鏡與管壁夾角均為 45 一物置於圖中 A 點, 則眼睛於圖中 B 點所見的像為 () 正立或倒立?() 距眼睛多遠? 6. 夜晚在照明很弱的室內, 以照相機對準近處正視鏡頭的人拍攝時, 若照相機的閃光燈只快閃一次, 則拍攝到的彩色相片, 人像的眼睛常呈紅色, 而成為紅眼因此, 有些照相機採用防紅眼的設計, 先讓閃光燈發出強度較弱但近乎連續閃光, 等到最後拍照時, 再快閃一次, 發出較強的閃光下列有關紅眼的敘述, 何者正確? (A) 波長較長的紅光容易被人眼的角膜反射, 故會出現紅眼 (B) 眼睛與其他可以強烈反射閃光的景物, 在相片上都會呈現紅色 (C) 在連續的閃光下, 角膜反射的光會累積增強, 故不會出現紅眼 (D) 紅眼是高強度的閃光通過張大的瞳孔, 經滿佈微血管的視網膜反射造成的 9 學測 4

6 7. 下列敘述何者正確? (A) 光由密介質進入疏介質, 才有反射現象 (B) 光由疏介質進入密介質完全折射 (C) 入射角大於臨界角, 才有反射現象 (D) 入射角小於臨界角有部分反射, 部分折射 (E) 光由疏介質進入密介質, 才有可能產生全反射 8. 如右圖所示, 一光線在水中沿 AO 入射至玻璃後, 沿 OB 折射下列敘述何者正確? (A) 若入射角增大, 有可能產生全反射 (B) 若光改自 BO 入射, 則會沿 OA 折射 (C) 光在水中的速率小於在玻璃中的速率 (D) 光在水中的頻率小於在玻璃中的頻率 (E) 光在水中的波長等於在玻璃中的波長 89 學測 9. 一光線從水中入射到水與空氣的界面上已知此光線由水中進入空氣的臨界角為 48.5, 下列敘述何者正確?(A) 如果入射角大於 48.5, 光線不會全部反射回水中 (B) 如果入射角大於 48.5, 光線不會折射進入空氣中 (C) 如果入射角大於 48.5, 光線會部分折射進入空氣中 (D) 如果入射角小於 48.5, 光線會全部反射回水中 (E) 如果入射角小於 48.5, 光線會全部折射進入空氣中 85 學測 0. 一般家用平面鏡是由一定厚度的透明玻璃片, 在其中一面鍍上不透光金屬膜製成小名注意到若用鉛筆尖直接抵住鏡面時, 鉛筆尖的像與筆尖有一小段距離, 估計該小段距離是鏡片玻璃片厚度的兩倍依據上述, 家用平面鏡使物體成像的主因, 是下列敘述的哪一項? (A) 由光在透明玻璃片表面反射造成 97 學測 (B) 由光在透明玻璃片表面折射造成 (C) 由光進入且透過透明玻璃片, 再被另一面的玻璃面反射造成 (D) 由光進入且透過透明玻璃片, 再被塗在另一玻璃面上的不透光金屬膜反射造成. 光線的反射符合下列那些條件 (A) 入射光和反射光的強度一定要相同 (B) 如入射光是單色, 反射後的頻率不變 (C) 入射角和反射角大小相同 (D) 入射線和反射線所包含的平面和反射界面垂直 (E) 入射線, 反射線和入射界面的法線互相垂直日大 5

. 一條光線的入射角為 0 度, 則入射線與反射線之夾角為度, 若此時將平面鏡的法線向入射線偏轉 0 度, 則入射線與反射線之夾角變為度 3. 開喜婆婆站在平面鏡前.5 公尺處, 手持照相機, 欲將自己在鏡中的像拍照清楚, 則照相機應對多少公尺遠處對焦? (A) /3 (B) /3 (C) 3/ (D) 3 (E) 無窮遠 87 學測 4.

7 . 一條光線的入射角為 0 度, 則入射線與反射線之夾角為度, 若此時將平面鏡的法線向入射線偏轉 0 度, 則入射線與反射線之夾角變為度 3. 開喜婆婆站在平面鏡前.5 公尺處, 手持照相機, 欲將自己在鏡中的像拍照清楚, 則照相機應對多少公尺遠處對焦? (A) /3 (B) /3 (C) 3/ (D) 3 (E) 無窮遠 87 學測 4. 右圖中, 一金屬棒與地面成 50 角, 若在棒左方置一平面鏡, 欲使鏡中金屬棒之像與地面垂直, 則平面鏡與地面夾角 α 應為若干度? (A) 55 (B) 60 (C) 65 (D) 大英博物館中收藏一只四世紀的羅馬酒杯, 其獨特之處為 : 白天在光線照射下, 酒杯的顏色是綠色 ; 晚上若燈光由內透射, 則呈紅色也就是說, 它具有反射光與透射光為互補光的特徵 ( 兩道光為互補光的意義為此兩道光可合成為白色光 ) 分析這只酒杯的化學成分, 發現和現代無色透明玻璃接近, 主要成分均為二氧化矽比較特別的是含有金銀混合比例 3:7 的奈米顆粒, 其粒徑為 70 奈米下列相關敘述, 何者正確?<99 學測 > 9 (A) 奈米等於 0 cm (B) 玻璃日夜顏色不同是二氧化矽的主要特徵 (C) 金屬奈米顆粒對紅光和綠光的反射能力約相同 (D) 羅馬酒杯中的金屬奈米顆粒對綠光的反射能力高於對紅光的反射能力 (E) 羅馬酒杯中的金屬奈米顆粒對綠光的吸收能力高於對紅光的吸收能力 6. 兩平面鏡相交成直角, 如圖所示, 一光源置於圖中的 P 點, 光線經甲乙兩鏡反射後射出之光線為出射光, 則出射光與乙鏡的法線夾角為 (A) 5 (B) 30 (C) 60 (D) 90 6

8 7. 某透過一平面鏡觀察一無數字時鐘之像, 從平面鏡中見此鐘為 9 時 0 分, 則真正時刻為 (A) 9 時 0 分 (B) 時 40 分 (C) 3 時 40 分 (D) 時 0 分 (E) 3 時 0 分 8. 小明站在平面鏡前, 看到鏡中的影像, 何者錯誤? (A) 影像與小明左右相反 (B) 影像與鏡子的距離和小明與鏡子的距離相等 (C) 影像大小與小明相同 (D) 影像是虛像 (E) 不能用照相機拍下 9. 兩平行的平面鏡 A 與 B 相距 4cm, 一點光源 S 位在 A 鏡的前方 8.0cm 處, 如右圖所示試問從點光源 S 所發出的光線, 先經 A 面鏡反射一次, 再經 B 面鏡反射一次後的成像, 其 z 坐標為何? 94 指考 0. 如圖所示, 一平面鏡 M 與正 x 軸方向夾角為 30, 一點光源 S, 以等速度 v 沿負 x 軸方向移近平面鏡 M, 則光源 S 對平面鏡的像之移動方向與正 x 軸夾角為若干度? 88 日大. 如圖所示為某單色光經雙狹縫 S S 干涉後之干涉條紋, A 點為亮紋上的一點, B 為暗紋上的一點則下列敘述何者正確? (A) 當 S 所發出之光波波峰到達 A 點時, S 所發出之光波波峰亦同時到達 A 點 (B) 當 S 所發出之光波波谷到達 A 點時, S 所發出之光波波谷亦同時到達 A 點 (C) 當 S 所發出之光波波峰到達 B 點時, S 所發出之光波波峰亦同時到達 B 點 (D) 當 S 所發出之光波波谷到達 B 點時, S 所發出之光波波谷亦同時到達 B 點 A B 7

9 . 有關於光的干涉及繞射現象, 下列何種敘述是正確的? (A) 暗紋區域是光波沒有照到的位置 (B) 亮紋區域是光波振幅較大的區域 (C) 平行光照射到障礙物形成影子時, 影子邊緣有模糊不清的條紋是由於遇到障礙物光波被打散的結果 (D) 亮紋區域是波峰疊合造成, 暗紋區域是波谷疊合造成 3. 下列的光學現象, 何者可用幾何光學解釋? (A) 雨後天空的彩虹 (B) 肥皂泡薄膜上的彩紋 (C) 光線無法通過兩片互相垂直的偏振片 (D) 雷射光對單狹縫的繞射條紋 (E) 光碟片上的彩色現象 4. 水面的油層所發生的彩色光是由於以下何者而形成? (A) 干涉 (B) 反射 (C) 折射 (D) 散射 (E) 繞射 5. 將兩個單獨光源, 照射於白牆上, 吾人無法看見干涉條紋其原因為 (A) 光不是波動無干涉現象 (B) 有干涉條紋但太密集, 超出吾人之觀察能力 (C) 有干涉條紋, 因各種色光條紋疊加變成白光 (D) 有干涉條紋, 其位置隨時在變且變化太快 (E) 兩個單獨光源非同調光源, 不會產生干涉現象 6. 下列現象 :(A) 在水中的物體, 看起來比較淺 ;(B) 肥皂膜的色彩 ;(C) 照相機成像 ; (D) 車輛後視鏡 ;(E) 筷子浸入水中部分向上偏斜, 何者可用光的折射來解釋? 7. 下列哪些現象或特性屬於光的干涉現象? (A) 肥皂泡上的色彩 (B) 光碟片上的彩色反光 (C) 星星閃爍 (D) 蜂鳥的羽毛在不同的角度呈現不同的顏色 (E) 眼鏡鏡片的反光呈現特殊顏色 8. 一般而言, 聲波通過窗口後, 很容易繞射而朝各個方向傳播出去, 但光波卻不會如此, 其原因應為何? (A) 只有縱波才會有繞射現象 (B) 只有力學波才會有繞射現象 (C) 波速要夠慢才會有繞射現象 (D) 以一般窗口而言, 光波的波長太短了, 故不會有繞射現象 (E) 光本來就是直進的, 不可能會有繞射現象 8

10 <~*~ 試題簡答 > ah. ( 甲 ). 99cm 3. () a + b () a + b 4. (II)(III) 5. () 正立 () 6( m ) 6. (D) 7. (D) 8. (B) 9. (B) 0. (D). (B)(C)(D). 40,0 3. (D) 4. (D) 5. (D) 6. (C) 7. (B) 8. (E) cm (A)(B). (B) 3. (A) 4. (A) 5. (E) 6. (A)(C)(E) 7. (A)(B)(D)(E) 8. (D) <~,~ 試題解析 >.. 思頭頂下方 : 身高 ( 眼頂距 ) 腳底上方 : ( 眼底距 ) 解 0 甲決決 :80 = 75( cm) 甲乙 5 乙決決 : = 76( cm) 所求 = = 99( cm) 9

11 3. () x h ah = x = a a + b a + b () a + b x h 4. 補充 : 二次成像圖 b a b 5. 像 a a 物 m b b b 3m 像與眼之距 = 光徑總長度 = = 6 ( m) m 0. 平面鏡成像利用的是光的反射原理, 透明玻璃片無法反射光線, 故需在其背面鍍上一層不透光金屬膜反射光線以達到反射成像之效果, 故選 (D). (A) 由於反射材料對光多多少少會有一些吸收, 故反射光通常強度較入射光弱 (B) 單色光即頻率固決之光, 而反射並不會影響頻率 (C) 即反射決律 (D) 亦為反射決律 (E) 入射線與反射線之夾角為二倍入射角, 入射線與法線之夾角為入射角, 不一決為 90 故選 (B)(C)(D). 由題入法法 = 反反 () 40 () 0 0

12 3. 請注意, 本題之對焦指的是對準多遠處之像照相, 而非改變焦距, 由於像與人之距離為.5 = 3( m), 故選 (D) 4. 像鏡棒 A B θ θ 由圖 θ + π α + 50 = 80 θ = α 50 對 ABC α C 50 π α 50 θ + 50 = 90 θ = 0 α = θ + 50 = 70 故選 (D) 5. (A) nm = 0 9 m (B)~(E) 由題知, 酒杯白天呈現的是反射光的顏色, 而晚上呈現的是透射光的顏色, 因此酒杯對綠光的反射能力強, 而對紅光的透射能力強 ( 吸收能力弱 ) 乙鏡 7. 像 8. 照相機接收由鏡面反射的光線即可在底片上成像 ( 不信你試一試!)

13 9. A B S S S 3cm 8cm 8cm 4cm Z = 0 Z = 4 Z = 56( cm) S 為 S 的像, S 為 S 的像 0. y S ' v M v S x. 亮紋建設性干涉峰對峰 or 谷對谷暗紋破壞性干涉峰對谷. (A) 暗紋區表該處是破壞性干涉 (C) 是光的繞射現象 (D) 亮區是建設性干涉 ( 峰疊峰或谷疊谷 ), 暗區則是破壞性干涉 ( 峰疊谷 ) 3. 幾何光學利用的是光走直線的理論, 而 (B)~(E) 必須由光的波動理論解釋之 4. 水面油層的彩色光為光在油層上下表面的反射光互相干涉所造成 5. 兩獨立光源, 因相位不固決, 無法產生穩決的干涉現象, 故無法觀察 6. (B) 水面油層的彩色光為光在油層上下表面的反射光互相干涉所造成 (D) 應為反射的應用 7. (C) 為光的折射現象 8. 波的繞射現象要明顯, 波長的大小要大於或等於障礙物的寬度, 意即礙物的寬度 ), 但光波的波長太短, 故無法形成明顯的繞射 λ 的值要大 ( d 為障 d

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101基礎光學試題含答案.doc 樹人醫護管理專科學校 101 學年度在職專班招生考試基礎光學試題注意 : 1. 本份試題共有 4 頁 2. 本試題計 80 題, 每題 1.25 分, 共計 100 分答錯不倒扣 3. 請選擇一個最適當的答案, 以 2B 鉛筆依次劃在答案卡上 4. 考完後請將答案卡試題一併繳回 1. 近視眼者可以配戴何種眼鏡以矯正之? (A) 凹面鏡 (B) 凸面鏡 (C) 凸透鏡 (D) 凹透鏡 2.