衍射图样对一个电子来说，每个电子到达屏上,概率波

衍射图样对一个电子来说，每个电子到达屏上

各点有一定概率，衍射图样是一个电子出现概率的

统计结果。

http://qmlab.bjut.edu.cn/edu/userfiles/file/2011092616482142.pdf


德布洛意波（物质波）也称为概率波

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Ch5 光
5-1人類對光的認識
光的本質
光子同時具有粒子性和波動性，稱為「二象性」。
18世紀
19世紀
20世紀
牛頓粒子說

1. 光由微小粒子組成
2. 直進、反射、折射

惠更斯波動說

1. 光是波動
2. 直進、反射、折射、干涉、繞射

1. 1801年，楊格雙狹縫干涉實驗
2. 單狹縫繞射實驗
3. 1850年，菲左與傅科測出光在水中速率比空氣中小

1864年馬克士威
預測光是一種電磁波
1888年赫茲證實電磁波存在

1. 光電效應
2. 康卜吞效應

1905年
愛因斯坦
光子說
電磁波譜
紫外光
紅外光
微波
無線電波
可見光
長波長、低頻率
短波長、高頻率
5-2光的傳播
燭光下手的影子
針孔成像

• 光直進證據
• 針孔成像

成像性質
上下顛倒、左右相反與原物成比例的實像
針孔過大，成像模糊
針孔過小，產生繞射
光線(本影和半影)

• 光直線前進證據
• 影子

半影
非點光源
物體
本影
半影
點光源
物體
本影
日食(日全食、日環食、日偏食)
本影區

視線

本影區

視線

日全食

日環食

日偏食

月食(月全食、月偏食)
地球

月全食

月偏食

月偏食

太陽

5-3光的反射與折射現象
光反射

• 遵守反射定律

• 反射種類

單向反射
漫射
平面鏡成像
物距
像距
點光源
虛像
像距＝物距
正立虛像
像距＝物距
像與物等大
像與物左右相反
光延長線交點
以拋物面為反射面的鏡子。
若將光源置於焦點，則射向鏡面的光線，反射後
平行射出。
以探照燈、手電筒或汽機車頭前燈、碟形天線。
F
焦點
曲面鏡成像(拋物面鏡)
以球形表面為反射面，且以凸面為反射面的鏡子。
以只能在鏡後形成正立縮小的虛像，故視野較大。
汽車的照後鏡、超商的監視鏡、公路轉彎處的大
型反射鏡。
F
焦點
C
曲率中心
正立縮小虛像
O
鏡頂
球面鏡成像(凸面鏡)
球面鏡成像(凸面鏡)
凸面鏡應用
哈哈鏡
以球形表面為反射面，且以凹面為反射面的鏡子。
化妝鏡、耳鼻喉科的反射鏡。
球面鏡成像(凹面鏡成像)
物體在曲率中心C與焦點F間
物體在曲率中心C外
物體在焦點F與頂點O間
化妝鏡
探照燈、車頭燈
凹面鏡應用
折射

• 折射現象

當光從一介質進入另ㄧ介質時，因波速改變，使得波行進方向偏折的現象。

5. 入射線、法線與折射線在同一平面，且入射線與折射線必在法線兩側。
2. 入射角增大，折射角亦增大（但非正比關係）。

折射率

• 介質對光的折射率

• 介質折射率n較大者（光在此介質速率較小），此種介質稱為「光密介質」。
• 介質折射率n較小者（光在此介質速率較大），此種介質稱為「光疏介質」。

光折射

• 光密介質 光疏介質

偏離法線

• 光疏介質 光密介質

偏向法線
生活中光的折射
全反射
入射角＞ 臨界角
光密介質 光疏介質
條件
光源

光疏介質 n₁

光密介質 n₂

海市蜃樓、沙漠幻影

• 溫度高的空氣，其折射率較小、光傳播速度較快。

光纖

• 光纖構造

• 光纖優點
• 不受電磁雜訊影響
• 體積小、重量輕、壽命長
• 耐高壓、耐高溫、耐腐蝕

核心
外殼（光疏）
核心（光密）
鑽石閃耀動人
透鏡

• 透鏡種類

中間厚，兩邊薄
中間薄，兩邊厚
凸透鏡
凹透鏡
透鏡作用

• 凸透鏡：會聚光線

• 凹透鏡：發散光線

所有平行主軸光線，經凸透鏡折射後，折射光會交於鏡後「焦點」
所有平行主軸光線，經凹透鏡折射後，折射光延長線會交於鏡前「虛焦點」
透鏡成像

• 凸透鏡

焦點內：正立、放大的虛像
焦點上：平行光，不成像
焦點外：倒立之放大、等大或縮小的實像
透鏡成像

• 凹透鏡

成正立、縮小的虛像於焦點內
配眼鏡

• 近視 配戴凹透鏡
• 遠視 配戴凸透鏡

• 如何決定眼鏡度數

焦度=1/f
度數=100x焦度=100/f
5-4光與生活

有光的感覺真好XD

色散

• 1666年牛頓發現太陽光經三稜鏡折射後可呈現彩色光，稱為光的色散現象。

• 這是因為不同色光在介質中的傳播速率不同所致。

白光

• 紅色光的速率較快，故偏向角最小；紫色光的速率較慢，故偏向角最大。

自然界的色散現象

• 虹

• 霓

內紫外紅
內紅外紫
虹與霓都是日光射於空中懸浮微小水滴，經水滴折射和反射所生之色散現象。
日光
日光
日光
虹與霓比較
現象

虹

霓

折反射次數

二折一反

光度

較強

較弱( 多一次反射 )

位置

較低

較高

顏色分布

內紫外紅

內紅外紫

二折二反

虹與霓

• 虹與霓均為圓形，且虹在內，霓在外。
• 同一人所見不同色光，來自於不同水滴。
• 不同位置人所見的虹與霓不同。

光的三原色

• 楊格提出：大多數顏色視覺都可由紅（red）、綠（green）、藍（blue）三色光混合而得，之後亥姆霍茲繼續深入對顏色的研究，確立了光的三原色理論。 。

• 三原色任ㄧ色光不能由另兩色光混合而得。

• 兩色光混合可產生白光，稱此兩色光為「互補色光」。

物體的顏色

• 通常物體的顏色決定於入射光、反射光、折射光的成分。

• 透明物體：顏色取決於該物所能透射的色光。

• 不透明物體：顏色取決於該物所反射的色光 。

• 非原色物體，其顏色為各色光的混合結果。

• 若改用綠光照射紅色玻璃瓶，因為綠光被吸收而無透射光，所以玻璃瓶呈現黑色。

• 改以藍光照射玫瑰花，因為藍光全部被吸收以致無反射光，所以花瓣和葉子均呈現黑色。

視覺暫留

• 物體移開或閉上眼睛，大腦中的視覺影像不會馬上消失，可以繼續停留大約1/16秒。
• 一滴滴落下的雨點會看成線狀。
• 轉動電扇看成圓盤、快速撥動弦、翻紙。
• 電影放映速率為每秒24張，也就是每兩張間格1/24秒。

相對靈敏度(發光效率)

• 人的眼睛能看見的光，其波長範圍約在400奈米(紫光)~750奈米(紅光)之間。奈米(nm)=10^-9公尺

• 如右圖所示，其中又以對波長為555nm的黃綠光最為敏感，以其為基準，定其靈敏度(發光效率)為1。

光的波長短於400nm者為人眼不可見的紫外光；光的波長長於700nm者為人眼不可見的紅外光。
人眼會覺得黃綠色光較橙色光明亮
輻射通量(radiant flux，又稱發光功率)

• 輻射通量
• 發光體每單位時間所輻射出的光能量，稱為輻射通量，也就是發光體的發光功率，單位:瓦特(焦耳/秒)。
• 人眼對於可見光強弱的感覺與輻射通量和對各色光靈敏度(發光效率)有關。
• 對同一種色光，輻射通量越大，人眼會覺得越亮。
• 對不同種色光，輻射通量即使相同，人眼可能也會覺得明亮程度不同(與視覺靈敏度有關)。

光通量F（luminous flux）

• 光通量：每單位時間由發光體所發出的有效光能(光能量×發光效率)。
• 單位:流明(lm)。因次與功率的單位相同，但意義不相同。
• 當光為波長555nm的黃綠光時，其發光效率被訂為l，此種波長的單色光每l瓦特的輻射通量等於683流明。
• 對其他單色光:

光通量（流明）＝683×發光效率×輻射通量
發光強度I（luminous intensity）

• 意義：發光體發光的明亮程度，即發光體通

過每單位立體角的光通量。

• 單位:燭光(candela，簡記為cd)
• 1燭光的點光源所發出的總光通量為4π流明

即
照度（illuminance）

• 照度：被照物體表面單位面積單位時間所接

受的光能量，即被照物體單位
面積所接受的光通量。

• 單位:勒克斯(lux)，簡寫為勒(lx)

點光源的照度

• 以點光源來說