驗光人員考試-視覺光學與眼鏡光學

驗光人員考試-視覺光學/眼鏡光學:光的基本性質與特性-反射、折射

※註:
文中的題目皆為網上搜尋得來,之後在撰寫講義時,會記得備註上出處

註:
撰文參考下列兩本書籍,其他參考項目皆已揭示於該內容旁邊

眼鏡光學
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這一本考完後再回頭看,內容超多,超詳細!

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2020全方位驗光人員應考祕笈:視覺光學【含歷屆試題QR Code(驗光師、驗光生)】(三版)

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光譜:
頻率  高———————————————————–低
能量  高———————————————————–低
波長  低———————————————————–高

(圖片來源:維基百科-可見光)
  • 可見光波長介於360nm-760nm(約400-700nm)
  • 排序:
    γ射線─X射線─紫外光─可見光(紫─靛─藍─綠─黃─橙─紅)─紅外光─雷達、微波─FM調頻─AM調頻─無線電長波

光波傳到兩種不同介質的交界面時,部分光自介面【反射】回原介質,其餘【折射】到另一介質,且光前進的方向會改變

全文目錄,點選可跳至該段落

反射:

我們看到紅色物體,乃紅光被【反射】出來,而其他顏色被吸收
白色物體,則是所有顏色都被反射
黑色物體,則是所有顏色都被吸收

參考:
http://www.phyworld.idv.tw/Nature/Jun_2/htm/B3_4-5_POINT.html

※若是介質的交界面不平滑,呈現凹凸不平,反射光則會往四處分散
如:投影幕

參考:
https://www.nani.com.tw/jlearn/natu/ability/a1/3_a1_4_2.htm

而有多少會被反射掉呢?

反射率:

 (相減除相加)的平方
如果是經過兩個面,像是眼鏡鏡片,有前表面跟後表面,反射率需要乘以2

折射:

  • 光密(高折射率、光速度慢)→光疏(低折射率、光速度快) 
    折射線會偏離法線
  • 光疏(低折射率、光速度快)→光密(高折射率、光速度慢) 
    折射線會偏向法線

陽光的光線可以透過宇宙(真空)傳遞到地球
因此光線在真空速度最快,再來是空氣→液體→固體
也就是介質密度越高,速度越慢

※光從光密到光疏,可給予個假定的介質,如光從水到空氣
※光從光疏到光密,可假設是光從空氣到水

司乃爾定理:

司乃爾為人名。
(以下節錄自:維基百科 → https://reurl.cc/GVvkmZ )
司乃耳定律表明,當光波從介質1傳播到介質2時,假若兩種介質的折射率不同,則會發生折射現像,其入射光和折射光都處於同一平面,稱為「入射平面」,並且與界面法線的夾角滿足如下關係:

全反射:

發生全反射的條件→
光由光密到光疏,且入射角大於臨界角

臨界角:
使全反射發生的最小入射角

參考:
https://www.nani.com.tw/jlearn/natu/ability/ability_list.jsp?file=a1/3_a1_4_4.htm&p_page=ability_3.jsp


解:

例題:
下面哪一種物質的全反射時臨界角最小?                 
(A)玻璃
(B)水
(C)鑽石
(D)真空

解: (C)
介質對光的折射率越大,全反射的臨界角越小
鑽石的折射率→2.42


例題:
下列那些是全反射現象?
(A)海市蜃樓
(B)光纖通信
(C)鑽石的光芒
(D)晶瑩剔透的露珠
(E)沖印相片時,底片的曝光現象。
解: A,B,C,D
海市蜃樓→ http://www.hk-phy.org/iq/mirage/mirage.html.


例題:
下列何者有可能發生全反射?
(A)當光線由水(n = 1.33)進入空氣(n = 1)
(B)當光線由空氣(n = 1)進入水(n = 1.33)
(C)當光線由水(n = 1.33)進入玻璃(n = 1.52)
(D)當光線由空氣(n = 1)進入玻璃(n = 1.52)

解: (A)
全反射的前提是從光密到光疏,即折射率高到折射率低,答案僅A成立
※若不知道答案,可先觀察題型與選項,所有選項皆由折射率低到高,僅有A是數字高到低。可以直接假設答案是A,再回頭判斷。


例題:
光線由介質 n=1.2 進入介質 n=1.5,其臨界角約為 53.1o,則以下入射角何者可以產生全反射
(A) 33.1o (B) 43.1o (C) 63.1o (D)無全反射 現象。
(樹人醫護管理專科學校考題)

解: (D)
全反射的首要條件:光密到光疏,題目是光疏到光密,故無全反射


例題:
18. 當光線從介質(n = 2)進入空氣時,產生全反射條件時的臨界角為多少?
(A)15° (B)30° (C)45° (D) 60°

解: (B)

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