宜蘭縣位於臺灣的東北隅 海岸地形多變 岩岸、砂岸兼具 其中具有特色的單面山、豆腐岩、小海岬 構成東海岸瑰麗的自然景觀！ 佇立在宜蘭海灣邊的蘭陽博物館 在不同的季節、天氣下拍照都別有一番風味 你注意到了嗎？ 晴天時的蘭陽博物館 在湖中的倒影是很清晰的 但為何在下雨天或天氣不好時 湖中的倒影就變得模糊呢？ 原因是甚麼呢？ 先前我們介紹力學波時 有提到水波槽實驗 當水波遇到障礙物時 藉由觀察波前 可以發現水波反射的圖像 當水波從淺水區進入深水區時 由於介質不同 水波傳遞速度改變 因此我們會看到水波波前產生偏折的現象 也就是水波發生折射 思考一下 那非力學波的光 是否也會有反射與折射的現象呢？ 我們來做個實驗吧！ 準備一支雷射筆 具角度刻度的半圓形透明水槽 觀察一下 當我們手拿雷射筆 將光線由空氣射向水裡時 會發生甚麼事呢？ 你發現了嗎？ 光線並沒有直直通過水裡 而是更往下偏移 而在入射光線透明水槽的另一側 有一個小光點 所以不論是水波這類的力學波 還是像光這類的非力學波 只要具有波動的特性 就會有反射及折射的現象 就像剛剛看到的 雷射筆由空氣射向水裡 遇到介面及不同介質時 會有部分光反射、部分光折射 因此我們才會在透明水槽上 看到與入射光相對稱的光點 同時也可以看到光線進入水中產生偏折現象 為甚麼會有上面的現象產生呢？ 首先 當光線遇到障礙物或不同介質時 都會發生反射的現象 將照射到表面的光束稱為「入射線」 由表面反射的光線則稱「反射線」 入射線與反射線交點稱「入射點」 在入射點與表面垂直的線 我們稱「法線」 從圖中我們可以看到 入射線與法線的夾角稱入射角 則反射線與法線的夾角呢？ 沒錯 我們稱反射角 所有反射現象都會遵守反射定律 甚麼是反射定律呢？ 反射定律會符合下列兩點 第一點： 入射角等於反射角 第二點： 入射線、反射線在法線兩邊 且三線會共平面 藉由光照射的界面平坦程度 可以將光的反射區分成兩類 鏡面反射及漫反射 當入射光照在平坦的表面時 根據反射定律 從圖中可以發現反射光射出方向一致 稱鏡面反射或單向反射 另一種則為光照射在粗糙不平的表面時 反射光依然會遵守反射定律 但反射光沒有一致的方向 此稱為漫反射 接著 當光由一介質射向不同介質時 由於光線在不同介質中光速會改變 因此光線產生偏折的現象 我們稱為「光的折射」 那我們如何知道光在介質下 波速是快是慢呢？ 我們先把光線試想成一部二輪車 今天車子由行駛快速的地面 要進入行駛較慢的土壤時 會發生甚麼事呢？ 我們可以看到二輪車進入草地後 速度變慢 車輪往下偏折 因此 當光由快介質進入到慢介質時 會有向下偏折的情形 接下來我們就來說明「光的折射」囉！ 光進入不同介質時會遵守折射定律 甚麼是折射定律呢？ 折射定律內容如下： 第一點： 入射線、折射線在法線兩邊 且三線會共平面 第二點： 當光從快介質斜射入慢介質中時 折射角小於入射角 相反的 當光從慢介質斜射入快介質中時 折射角大於入射角 第三點： 當光線垂直射向介質表面時 傳播方向不改變 這時入射角與折射角均為0度 讓我們來思考一下這個問題 根據反射定律及折射定律可以知道 入射光與反射光在法線兩側 入射光與折射光在法線兩側 故A選項「R1」應為入射光 由圖中可以知道 折射角比入射角小 故光在玻璃速度較慢 最後 由於「R1」、「R2」皆在同一介質下 波速和頻率皆不變 所以「R1」、「R2」波長相同 再回到片頭的提問 晴天時的蘭陽博物館在湖中的倒影很清晰 但為何在下雨天或天氣不好時 湖中倒影就變得模糊呢？ 晴天時可以看到清楚倒影的原因 是因為水面是平靜的 因此光經由平靜湖面「鏡像反射」後 進到我們眼睛 我們可以清晰的看到倒影 另外天氣不好時 除了陽光較微弱外 也因為起風或下雨導致水面起伏 所以光在不平整湖面上發生「漫反射」 我們的眼睛接受來自不同方向上漫反射的光 因此我們看到的影像才會不清楚 我們來複習今天學到的知識吧！ 遵守反射定律的光符合下列兩點： 第一點 入射角等於反射角 第二點 入射線、反射線在法線兩邊 且三線會共平面 依照界面平坦程度 可以分為鏡面反射、漫反射 1. 鏡面反射或單向反射： 當入射光照在平坦的表面時 根據反射定律 從圖中可以發現反射光射出方向一致 2. 漫反射： 當光照射在粗糙不平的表面時 反射光依然會遵守反射定律 但反射光沒有一致的方向 當光射向不同介質時 由於光線在不同介質中光速改變 而產生偏折的現象 稱為光的折射 折射定律內容如下： 第一點 入射線、折射線在法線兩邊 且三線會共平面 第二點 當光從快介質斜射入慢介質中時 折射角小於入射角 相反的 當光從慢介質斜射入快介質中時 折射角大於入射角 第三點 當光線垂直射向介質表面時 傳播方向不改變 這時入射角與折射角均為0度 最後 讓我們來思考這個問題吧！ 大樓裡面燈火通明 但為何白天我們不易看到大樓裡的人 而晚上卻可以看到大樓裡的人呢？ 你有發現嗎？ 白天我們不容易在大樓外看到裏頭的人 但卻可以看到自己反射的影像 而晚上恰好相反 看不到自己反射的影像 但卻可以看到大樓裡的人 這是因為在白天時 反射光強度大於大樓內部燈光透射的強度 因此我們在白天容易看到自己的反射影像 而晚上由於大樓內部透射光較反射光強 因此我們晚上比較容易看到大樓裡的人喔！ 我們下次見囉 bye bye