【稱霸】高中物理學測總複習講義(附解題光碟、歷屆試題本)

124

第

6 單元 波 重要性：★★★★☆

第第66單元 波

125

126

第 6 單元 波

第 6 單元 波

127

128

第 6 單元 波 主要內容 波的性質

光與電磁波

說 明 ․說明波速、頻率、波長的關係（數學式）。★★★★☆ ․以簡單的例子（如：水波、聲波）及圖示的方式說明波的反射、折射、干 涉與繞射現象。★★★☆☆ ․利用聲波介紹都卜勒效應。★★★☆☆ ․介紹歷史上關於光的兩個主要理論：微粒說、波動說。★★★☆☆ ․介紹光的反射及折射現象。★★★★☆ ․介紹光的干涉及繞射現象。★★★★☆ ․說明由於有電磁感應現象，電磁場可以在空間中傳播，從而形成所謂的電 磁波。介紹馬克士威從他的方程式預測了電磁波的存在，而且計算出電磁 波的速度即為光速。科學家因此認知光即是電磁波。★★★★☆ ․介紹電磁波譜及在日常生活中的應用。★★★☆☆

1 波的分類與基本性質 一、波的分類 1.

本質區分

名 稱 力學波（或譯為機械波） 電磁波（非力學波）

2.

振向區分

本 質 藉由介質的振動傳播 藉由電磁場的振動傳播

(1) 橫波：振動方向與波的行進方向垂直（圖(a)）。 (2) 縱波：振動方向與波的行進方向平行（圖(b)）。

牛頓力學 電磁學

原 理

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行進橫波 動畫

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行進聲波 (縱波)

第 6 單元 波

二、力學波的基本性質

1. 波速由其介質性質決定，與頻率、波長、振幅無關。 2. 行進波沿其行進方向傳播振動及能量，但不傳播介質

（介質僅作局部振動，並不隨波行進）。 3. 繩波 (1) 橫波。 (2) 波速：由繩張力、線密度決定。 4. 聲波 (1) 縱波。 (2) 波速： = + （單位：公尺/秒。主要由空氣攝氏溫度 值 決定）。 v

331

0.6t

t

三、週期波（波長、頻率、週期）

1. 介質各點作週期性運動。 2. 週期 ：介質一點完成一次振盪的時間，公制單位：秒。 T

3. 頻率 ( f ≡ 1 )：單位時間內的振動次數，公制單位：1/秒或赫茲(Hz)。 f

T

4. 波長λ：介質一點完成一次振盪的時間中，波前進的距離。 5. 振幅 ：介質一點振盪中，距離平衡點的最大距離。 6. 波速公式： v = λ = f λ （考慮一週期： v = Δx = λ = f λ ）。 T Δt T R

範例 1 地震緊急速報系統的原理其實十分簡單：當板塊或斷層錯動發生地震時，會產生 波和 波兩 種地震波， 波在地殼裡的傳遞速度較快， 波則是較具破壞力的地震波。假設某地測得地震 波與 波到達的時間差為 20 秒， 波波速為 6 公里/秒， 波波速為 3 公里/秒，則地震震央與 某地距離約為多少？ (A)30 (B)60 (C)120 (D)240 (E)480 公里。 P

P

S

C d 3

S

P

− d6 = 20 ⇒ d = 120 (km)。

S

P

S

129

130

第 6 單元 波 範例 2 海嘯在英語中稱為「tsunami」，詞源自日語「津波」，即「港邊的波浪」。下列關於海中波的 傳遞之敘述，何者錯誤？ (A)海嘯波長比海洋的最大深度還要大，在海中傳播也未受太大的阻 滯，不管海洋深度如何，波都可以傳播過去 (B)海嘯在海洋的傳播速度比 波及 波小 (C)當海嘯波進入陸棚後，由於深度變淺，振幅會加大 (D)當海嘯波進入陸棚後，由於深度變 淺，速率會加大 (E)由地震引起的波動與海面上的海浪不同，一般海浪只在一定深度的水層波 動，而地震所引起的水體波動是從海面到海底整個水層的起伏。 P

S

D (D)淺水區波速減慢。

範例 3 振動一條繩子使其產生繩波，當以更大的力量振動且加快振動速度，則波動中何者變小？（多 選） (A)週期 (B)波速 (C)波長 (D)頻率 (E)振幅。 AC

(A) f ∝ 1 ，頻率變大⇒週期變小。 T

(B)介質不變，波速不變。 (C) = λ = 定值，頻率變大⇒波長變短。 (D)由題意可知頻率變大。 (E)更大的力量振動⇒振幅增加。 v

f

範例 4 如圖為一向右傳播的繩波在某一時刻繩子各點的位置圖，經 過 12 週期後，乙的位置將移至何處？ (A)它的正下方 = −4 公分處 (B)它的正下方 = 0 公分處 (C)它的正下方 = −2 公分處 (D)丁點處 (E)戊點處。 y

y

y

A

乙的初始位置為波峰( = 4 cm)，經過 12 週期後，波峰會振動到波谷( = −4 cm)的位置， 又質點只會在同一橫軸位置上下震盪，故選(A)。 y

y

第 6 單元 波 範例 5 一沿弦線行進的週期波，弦線上某一質點由最大位移振動到零位移（平衡點）位置需時 0.1 秒， 已知波長為 2 公尺，則 秒。 (1)週期為 赫茲。 (2)頻率為 公尺/秒。 (3)波速為 5 0.4

2.5

(1)0.4；(2)2.5；(3)5

(1) 某一質點由最大位移振動到零位移，表示此質點振動了一個振幅，需要耗費 1 個週期， 4

因此週期 = 4 × 0.1 = 0.4(s)。 (2) f = = = (Hz)。 T (3) v = λ = = (m/s)。 T T

1

1

2.5

0.4

2

5

0.4

範例 6 如圖中實線為一列向右方行進的橫波在 = 0 時的波形，而虛線則 為此列橫波在 = 0.5 秒時的波形，若此列橫波的週期為 ，且 0.3 秒 < < 0.5 秒，則此列橫波的波速為 (A)34 (B)26 (C)18 (D)10 (E)2 公尺/秒。 t

t

T

T

D

， v = Tλ ⇒ min < 橫波波速 < max，故選(D)。 vmax =

4 1 λ = = 13 (m/s) Tmin 0.3 3

v

min

max

=

4 0.5

= 8 (m/s)

v

四、波的反射及折射

1. 以水波觀察波的反射及折射。下頁圖(a)為水波槽實驗裝置，起波器以一穩

定頻率製造水波，則上方的光源便會因水波起伏處的折射，而在下方白紙 上形成亮暗紋，方便我們觀察水波的反射及折射。 (1) 水波同時具有與波行進方向平行及垂直的成分。 分析：水分子會隨波移動也會轉動，作一圓周運動（下頁圖(b)）。 (2) 波速：與水深成正相關，深水區的波速較快，淺水區的波速較慢。

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行進橫波 動畫

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圓形水波

131

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第 6 單元 波

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水波槽起波 (3) 波前：相鄰波峰（或相鄰同相位之點）的連線。兩波前間距即為波長，射線與波前垂直，表示 行進方向。由圖(a)可看出，水波的波峰連線即為波前。圖(b)為生活中的示意圖，虛線為水波

的波峰連線，也就是波前。垂直於波前的實線箭頭，便是水波的行進方向。

(4) 反射 (a) 入射線、反射線以及法線 （垂直反射面）共面。 (b) 波速、頻率、波長均不變。 (c) 入射角θ 1 = 反射角θ 2。 圖(a)為水波槽中的水波碰到障礙物反射的實際照片。橫 向的波前為入射波，斜向的波前則為反射波。圖(b)用來幫助理解圖(a)的現象。實線為入射線 波前，當碰到障礙物後，即變為虛線（反射線波前）。圖(c)為反射定理示意圖。 N

(5) 折射 (a) 入射線、折射線以及法線 共面。 (b) 波速改變、頻率不變、波長隨波速改變 N

（ = λ， 不變⇒λ ∝ ）。 v

f

f

v

第 6 單元 波 (c)

入射( 1，λ1，θ1)與折射( 2，λ2，θ2)關係：速大波長大角大，速小波長小角小。 v

v

(6) 以一個簡單例子來解釋折射現象： 假設有一臺車由介質 1 行駛至介質 2，且介質 1 的車速大於在介質 2 的車速。由下表可知，車 的右輪先碰到介質 2，輪的速度會減慢，但左輪仍在介質 1 中，速度較右輪快，因此整臺車的

行進方向偏右。若把車比喻成波的波前，便可輕易理解波在不同介質的介面間會發生折射的原 因。同理，若車由速率小的介質 1 進入速率大的介質 2，則行進的方向便會向左偏。

速率大→小 速率小→大

範例 7 救難隊欲發射拋繩器，以繩索連接河谷兩岸。一名隊員連續拍手，估計對岸峭壁距離。他愈拍 愈快，當 6 秒拍手 20 次時，拍手節奏與回音同步。已知空氣中聲速為 340 公尺/秒，則該隊員 與河谷對岸峭壁的最短距離約為多少公尺？ (A)340 (B)120 (C)100 (D)50 (E)20。 【99 學測】 D

秒拍手 20 次⇒ T = = = （s/次） 假設拍第 2 下的時候第 1 下的回音剛好到，最短距離 =

6

類 題

6

3

20

10

0.3

340

× 0.3 2

= 51 (m)

。

1. 某人站在一面大磚牆前 80 公尺處，以木槌敲擊木塊，每當聽到磚牆反射的回聲時，立即再 次敲擊。若第 1 次敲擊與第 21 次敲擊的時間間隔為 10.0 秒，則當時的聲速約為多少公尺/秒？ 【91 學測】 (A)160 (B)180 (C)320 (D)340 (E)360。 ： C

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134

第 6 單元 波 範例 8 水波由深水區傳到淺水區，已知在深水區波長為 4 公尺，波速為 24 公尺/秒，傳入淺水區時波 速變為 18 公尺/秒，則淺水區的波長及頻率分別是多少？ 3m、6Hz

水波由深水區傳到淺水區，頻率（週期）不變 f

v深 24 淺 = f 深 = λ = 4 = 6 (Hz) 深

v 18 λ淺 = 淺 = = 3 (m)

6

f

。

範例 9 某聲波在空氣中傳播時的頻率為 ，波長為λ ，當折射進入水中傳播時的頻率為 ，波長為λ ， 則下列的關係，何者正確？ (A) = (B)λ = λ (C) > (D)λ < λ 。 【96 學測】 f1

f1

f2

1

f2

1

2

f2

f1

2

聲波由空氣折射入水後僅頻率不變，波速變大， 由 = λ × 可知λ > λ 。 v

f

2

1

2. 圖中波動在兩介質中的傳播速率分別為 1 與 2。圖中直線代表此波動 的部分波前。若波動由介質 1 經過界面傳播進入介質 2，則下列何者 可能為該波動在介質 2 的傳播方式？（多選） 【95 指考】 (A)

(B)

(D)

(E)

v

(C)

：

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動態解題

類 題

v

1

影片

A

2

CE

第 6 單元 波 範例 10（進階題）

20 公尺，在重繩外端以 2 次/秒振動，經 9 秒後波傳 至輕繩外端，已知兩繩速率之比為 4：5，則 (1)重繩的速率為多少？ (2)輕繩的波長為多少？

輕重兩繩連接，其長各為

(1)4m/s；(2)2.5m (1) ∵ v重

: v輕 = 4 : 5

∴設 v重 = 4k 、 v輕 = 5k ，且 t重 + t輕 = 9 (s)

⇒ 9 = 420k + 520k ⇒ k = 1 ，故 v重 = 4 (m/s)、 v輕 = 5 (m/s)。 (2) 繩波在輕重兩繩間傳遞時 f 不變，故 輕 = λ 輕 × ⇒ = λ 輕 × ⇒ λ 輕 = v

f

5

2

五、波的干涉與繞射 1. 干涉：行進波相遇時振幅疊加，干涉後回復原波形各自離開的現象。 (1) 干涉種類 (a) 建設性干涉：振幅相加成。 (b) 破壞性干涉：振幅相抵消。 (2) 繩波（一維波）的干涉：如圖(a)所示為兩相向而行的繩波，交會後振 幅相加成，進行建設性干涉的過程。

(3) 水波（二維波）的干涉：以同相的兩點波源振盪之水波干涉說明（圖 (b)）。

連線種類 腹線 節線

說 明 建設性干涉點的連線（兩波峰交會或兩波谷交會） 破壞性干涉點的連線（一波峰與一波谷交會）

2.5

(m)。

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繩波干涉： 建設性 動畫

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繩波干涉： 破壞性

特 性 振盪最劇烈 振盪最平緩 動畫

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水波干涉： 建設性

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水波干涉： 破壞性

2. 繞射：波行經狹縫或微小障礙物，繞行至其後方的現象。 明顯繞射之條件：λ ≥ b（縫寬），波長與狹縫寬相近時更明顯。

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第 6 單元 波

六、都卜勒效應

1. 都卜勒效應：聲源與聽者兩者有相對運動時引起聽頻變化的現象。 (1) 實頻：聲源實際的振動頻率。 (2) 視頻：聲波振動聽者耳膜的頻率。

2. 原理

(1) 波源不動，聽者運動：聽者運動將感覺波速改變（以 f = v 判斷）。 (a) 接近聲源：λ不變，但感覺波速 v 變快⇒視頻上升。 (b) 遠離聲源：λ不變，但感覺波速 v 變慢⇒視頻下降。

λ

(2) 聽者不動，波源運動：波源運動將使波長改變（以 f = v 判斷）。 (a) 聲源前方：波速 v 不變，但λ變小⇒視頻上升。 (b) 聲源後方：波速 v 不變，但λ變大⇒視頻下降。

3. 性質 (1) 聽者與波源接近中⇒視頻上升。 (2) 聽者與波源遠離中⇒視頻下降。

七、應用

1. 聲納：應用超聲波的回聲勘測系統。 2. 使用超聲波診斷疾病。 3. 盲人用的特殊眼鏡。 4. 工業上用以檢驗不透明材料的裂縫。 5. 都卜勒雷達。

λ

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都卜勒效應

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都卜勒效應 （實例）

第 6 單元 波 範例 11 一繩上正在傳遞正立及倒立的兩個三角形波 A 及 B。設在 t = 0 時，其波形如圖(a)所示，而在 T t = T 時，繩上的波形變成圖(b)，則在 t = 時的波形為（畫圖表示，並標明縱軸與橫軸之刻度）？ 4

比較圖(a)與圖(b)的波峰位置，從 t = 0～T，A 的位移為+4，B 則是−4， 因此 A 與 B 的波速皆為 T4 。 當 t = T4 ，A 與 B 位移量為 T4 × T4 = 1 （如圖所示）。 範例 12 兩聲源（揚聲器，俗稱喇叭）以相同的方式發出同頻率，同強度的相干聲波。 如圖中弧線為某瞬間，兩波之波谷的波前。A、B、C、D、E 代表五位聽者的位 置，有關這五位聽者，下列敘述何者正確？ (A)A 聽到的聲音最強 (B)A、C 聽到的聲音一樣強 (C)B 聽到的聲音最弱 (D)A 聽到的聲音最弱 (E)B、E 聽 【92 指考】 到的聲音一樣強。 A (A)(D)A 處為建設性干涉，且距離最近，強度最強。 (B)A、C 處皆為建涉性干涉，但 C 的距離較遠，故強度較 A 弱。 (C)B 是建設性干涉。 (E)B 是建設性干涉，但 E 是破壞性干涉。

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第 6 單元 波 範例 13 一揚聲器 S 位於許多隔板間，隔板上有孔，大小與揚聲器發出之聲波波 長相當，且均距板中心連結點約

50 公尺，揚聲器距最近的兩孔也約 50

公尺。氣溫 15℃，若不考慮回音，則揚聲器開啟後，下列敘述何者正確？

(A)將不可能聽見自己所發出的聲波 (B)約 1 秒後可聽見自 己所發出的聲波 (C)約 2 秒後可聽見自己所發出的聲波 (D)若揚聲器 同時以速度 0.5 公尺 / 秒向北運動，則聽見自己之聲波的頻率將會上升 (E)承(D)，聽見自己之聲波的頻率將會下降。 （多選）

BE 由於聲波波長與隔板上孔的大小相當，故聲波會發生繞射，走一圈回到左上方的隔板。氣 溫 15℃時的聲速約為 340 公尺/秒，從圖(a)可知聲波走一圈的距離約 310 公尺，需時 0.92 秒 （約 1 秒）。又當揚聲器往北移動時，會引發都卜勒效應，可參考圖(b)。當觀察者遠離波 源時，會覺得波速下降，但波長不變，所以感覺到頻率下降。

類 題

3. 某人坐在一間教室內，他看不到另一間教室，但能聽到該教室內有人在喊叫。他能聽到叫聲 主要是由於聲波的 (A)反射 (B)折射 (C)繞射 (D)頻散（不同頻率的聲波在介質中傳播速 度不同）。 ： C

範例 14

海水中聲速約 1500 公尺/秒。潛艇每隔 10 秒發出一個聲波脈 衝，探測海底。若偵測到的聲波（包含發射波與反射波）強 度隨時間變化如圖所示，則潛艇距離海底約是多少公尺？

(A)1500 (B)3000 (C)4500 (D)9000 (E)15000。 【94 學測】 C 圖中聲波強度較強的脈衝為發射波，較弱的脈衝為反射波，由此可知聲波從發射到反射回 潛艇需耗費 6 秒，因此潛艇距離海底 1500 ×

6 = 4500 (m)。 2

第 6 單元 波 類 題

4. 地震所釋放出的總能量是由美國地震學家芮赫特(Richter)根據地震紀錄儀所記錄地震波振幅 的大小推估得地震的動能，這就是地震上所稱的芮氏地震規模 M。規模 M 與能量 E（單位： 焦耳）的關係為 log10E = 5.24 + 1.44M。則日本 311 大地震規模 9.0 之主震所釋放出的能量， 約是 921 大地震規模 7.3 的多少倍？ (A)150 (B)200 (C)250 (D)280 (E)320 倍。 ： D

範例 15 唐朝王維的詩中寫道：「空山不見人，但聞人語響」。在山林中看不見人，卻可以聽到樹林間

(A)聲波的速率比光波大，故未見人而先聞聲 (B)聲波的 能量強度比光波大，故可穿透過樹林傳出 (C)聲波的波長與林木間距的尺度較接近，故容易發 生繞射而傳出 (D)聲波的頻率比光波大，故有較大的機率傳到觀察者 (E)聲波的波長比光波 短，故較容易穿透過樹林傳出。 【102 學測】 人的對話聲，其原因為下列何者？

C 只聞其聲而不見其人，是由於聲波的繞射現象（例如：隔牆有耳）。 繞射現象易發生於波動的波長與間隙大小之尺度接近時，人耳可聽到

17 公尺～17 毫米間，與現實生活中的間隙尺度較為 接近（可見光的波長在 4000～7000 埃間）。 之聲波波長約在

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動態解題

1. 某弦樂器的一弦，其振動時的琴音基頻為 440 赫茲。今以手指頭壓該琴弦的某一位置而奏出頻率 為 528 赫茲的琴音，則下列敘述何者正確？ (A)琴音 528 赫茲的波長較 400 赫茲的波長為長 (B)手指壓住時振動的弦長變為原長的 440 (C)528 赫茲的聲速較 440 赫茲的聲速為大 (D)528 528

赫茲的聲速較 440 赫茲的聲速為小。

：

B

2. 醫生替人作產前檢查常用「超聲波」，工程師檢測橋樑的安全性也用「超聲波」。這類的「超聲 波」人們無法聽到，原因為何？ (A)波長太長 (B)頻率太高 (C)強度太大 (D)速度太快。 ： B 【90 學測】 3. 三個人在操場上談話，小英的聲音又尖又高，小強的聲音宏亮大聲，小雯說話又快又急。這些聲 音在空氣中散播開來，何者傳得最快？ (A)小英的聲音傳得最快 (B)小強的聲音傳得最快 (C)小雯的聲音傳得最快 (D)三人聲音傳得一樣快。 ： D 4. 下列有關空氣中聲波的敘述何者正確？ (A)超聲波的波速超快 (B)頻率愈高的聲波，聲音強度 愈強 (C)波峰與波谷之間的距離稱為波長 (D)振幅愈大，聲音強度愈強。 ： D 5. 力學波（機械波）的波速與下列何者無關？ (A)介質的密度 (B)介質的溫度高低 (C)介質的 振動頻率 (D)介質的種類。 ： C

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140

第 6 單元 波 6. 各種波動在實際的傳播過程中不會逐漸改變的性質是什麼？ (A)頻率 (B)波長 (C)振幅 (D)強度。 ： A 7. 下列有關聲波的敘述，何者正確？ (A)頻率愈高，波速愈大 (B)回聲波速較原聲小 (C)波速 不因傳聲介質而異 (D)在空氣中氣溫愈高，聲速愈大 (E)響度愈大，聲音的強度愈小。 ： D 8. 若兩聲波的響度相同而音調不同，則兩聲波 (A)頻率相同而振幅不同 (B)振幅相同而頻率不同 (C)頻率不同且振幅不同 (D)振幅相同且頻率相同。 ： B 9. 當介質處於何種狀態：氣體、固體、流體，可以具備傳播聲波的能力？ (A)只有氣體 (B)只有 氣體及固體 (C)氣體、固體、液體皆可 (D)只有流體 (E)只有氣體及液體。 ： C

10. 下列有關波動的敘述中，何者錯誤？ (A)波動能將能量傳至遠方 (B)波動必須藉介質傳播 (C) 水 波 起伏 是 水 質 點 的 集體 動作 表 現 (D) 在 均勻 介質中波速為一 定 (E) 在不同介質中傳 遞 時，波的頻率不變。 ： B

11. 在 15℃時海水傳聲速度為 1360 公尺/秒，我方軍艦發砲射中敵艦，由海上及空氣中傳來兩次爆 炸聲相隔 3 秒，求兩艦之距離為多少？ ： 1360m

12. 如圖所示為水面上週期波某一瞬間的波形。某生測得一波谷由 a 點傳到 b 點需 時 2.5 秒鐘，試求此水波的 (1)傳播速率為多少？ ： 6cm/s (2)頻率為多少？ ： 2Hz

13. 在 15℃時，一人於兩峭壁 A、B 之間對空鳴槍，經 1.5 秒後聞得回聲，再經 1 秒又聞得回聲，求 (1)兩峭壁間之距離為多少？

：

(2)再經多少秒可聞第三次回聲？

680m ：

1.5s

14. 下列敘述何者正確？ (A)音調較高的聲波，其速度較大 (B)電話中能辨別他人的聲音，是由於 有不同的音調 (C)響度的大小是決定頻率的高低 (D)聲音愈傳愈遠，振幅愈小，頻率不變。 ： D

15. 下列有關聲波傳播性質的說法，何者正確？（多選） (A)聲波可以從空氣中傳入水中 (B)重敲 和輕敲同一支音叉時，所發出聲波的頻率一樣 (C)打鼓時打得愈快，所發出的聲波傳播得愈快 (D)聲波在空氣中傳播時，空氣分子的振動方向和聲波前進的方向垂直。 ： AB

16. 如圖所示為示波器上 A、B 兩聲波，則 (1) A、B 兩聲波強度比為多少？ ： (2) A、B 兩聲波頻率比為多少？ ：

1:1 1: 2

17. 聲波由空氣中傳入水中時，必定 (A)波速變大 (B)頻率變大 (C)波長不變 (D)波速變小 (E)波長變短。 ： A

18. 下列敘述何者錯誤？ (A)水波的速率和水的溫度有關 (B)水波遇障礙物時發生反射，其波速會 改變 (C)大聲喊叫和小聲交談所發出的聲波，其波速相同 (D)從電話中辨認親友，主要是靠音 品而知。 ： B

第 6 單元 波 19. 下列 哪 一種 情形 可 使 一音 叉 振動發聲？ (A)有強 烈 的聲波傳來 (B)有波速相同的聲音 向此 音 叉移近 (C)有頻率相同的聲波傳來 (D)只要有任何音波傳來。 ： C

20. 波速相同的波動，其週期與波長 (A)成正比 (B)成反比 (C)平方成正比 (D)平方成反比 (E)無關。 ： A

21. 聲音傳經某一段距離之後，便不易聽清楚，是因為 (A)聲音振幅隨能量分配範圍擴大而減小 (B)聲波受空氣阻力 (C)聲波波長變短 (D)聲波頻率變低 (E)聲波頻率變高。 ： A

22. 當你面向前方 692 公尺處的大廈高聲吶喊，若聲波波長為 1 公尺，且當時的聲速為 346 公尺/秒， 則下列哪一項敘述是正確的？ (A)你的聲音頻率為 300 赫茲 (B)當時的氣溫為 15℃ (C)經 2 秒後可聽到回聲 (D)要聽見回聲應經過 4 秒 (E)經 6 秒後可聽到回聲。 ： D

23. 如圖所示為某一音叉振動時，其振動位移與時間的關係圖，則 (A)波速為 1 公尺/秒 (B)頻率為 0.5 赫茲 (C)波長為 2 公尺 (D)振 幅為 1 公尺 (E)週期為 1 秒。 ： B 24. 如果回聲接收和原聲發出的時間相隔在 0.1

秒以上時，人耳可以辨 別。試依此估算在說話者與反射面間的距離至少多少才會因回聲而造 成明顯的干擾？ (A)100 (B)66 (C)17 (D)5 (E)34 公尺。 ： C 25. 盲人利用盲胞眼鏡發射聲波反射幫助他判斷障礙的位置，但我們卻聽不見所發出的聲音，這是因 為 (A)響度太小 (B)頻率太高 (C)頻率太低 (D)波速太快 (E)波速太慢。 ： B 26. 假設在海水中聲音傳播的平均速率為 1500 公尺/秒。當船上用聲納去測量海底的深度時，若聲納 之聲波 自 發射 至 接 收 的時間為 1.5 秒 ，則 海底深 度為 (A)1000 (B)1125 (C)2000 (D)2250 (E)3000

公尺。

：

B

27. 使用弦樂器如小提琴時，調節弦的鬆緊，實際上為調節其 (A)音品 (B)音調 (C)響度 (D)音 調及響度 (E)音品及響度。 ： B

28. 下列有關樂音與樂器的一些敘述，何者正確？（多選） (A)演奏提琴時，右手拉弓的作用是調 節音調 (B)吹奏的管樂器愈短時，所發出的音調也愈高 (C)將開水注入熱水瓶中，水愈多時， 所聽見的音調愈高，這是因為水量增加時，可使傳播的聲速變大 (D)同一把小提琴同樣張力下， 弦愈粗（材質相同）其發出的音調愈低。 ： BD 29. 弦樂器之弦振動而發音，則下列敘述何者正確？（多選） (A)弦振動是橫波 (B)發出樂聲為縱 波 (C)弦愈長頻率愈高 (D)弦愈緊頻率愈高 (E)弦愈細頻率愈高。 ： ABDE

30. 頻率一定的發聲體，空氣溫度升高時，其聲波的波長 (A)變長 (B)變短 (C)不變 (D)變長或 變短。 ： A 31. 下列何者為產生聲波的條件？ (A)振動體急速振動 (B)振動體在介質中急速振動 (C)振動 體 作規則的振動 (D)振動體作不規則的振動 (E)振動體緩慢振動。 ： B

32. 波動傳遞時，是以何種物理量沿波動前進的方向傳遞？（多選） (A)波形 (B)介質 (C)能量 (D)動量 (E)波長。 ： ACD

141

142

第 6 單元 波 33. 在溫度 15℃時，我們先看到閃光，經 10 秒後才聽到雷聲，則雷聲產生處距離我們有多遠？ ： 3400m

34. 下列有關聲波傳播的敘述，何者正確？（多選） (A)空氣的溫度愈高，聲波的傳播速率愈快 (B)聲波的振幅愈大，音調愈高 (C)在空氣中傳播的聲波是縱波 (D)在同一介質中，一 般 頻率 的聲波，其頻率之高低對傳播速率沒有影響。 ： ACD

35. 下列敘述何者正確？（多選） (A)在大廳中說話常有回聲，所以聲音有反射的現象 (B)船發出 聲波， 遇 到 魚群即 有 反應 ，可由 漁船內之接 受 器 偵知 ，故聲音有 反 射的現象 (C)在小房 間 內 說 話，聽不到回聲，因為此時聲波不生反 射 (D)利用 喇叭 可 將聲波傳得較遠，這是 利用它 的反 射 現象。 ： ABD 36. 以下有關波動現象的一般特性，何者錯誤？ (A)可傳遞能量和動量 (B)有干涉及繞射現象 (C)遇不同介質，有反射及折射現象 (D)傳遞波動的介質，會隨著波傳播出去。 ： D

37. 圖中所示為水波槽中波反射實驗的水波圖，圖中的 A 和 B 為波峰，箭頭 為波的 ：

行進方向。則何者為入射波峰？入射角是多少？ B 、 59 °

2 光與電磁波 一、光的本質 1.

2.

3.

牛頓之光微粒說

牛頓主張光是由光微粒所組成，且其運動滿足牛頓定律。 (1) 光微粒說可詮釋：光的直進、反射、折射、光壓。 (2) 光微粒說無法詮釋：光的部分折射和部分反射。 (3) 光微粒說「錯誤地」預測 (a) 光在水中的速率大於空氣中的速率。 (b) 光無干涉、繞射現象。

惠更斯之光波動說

惠更斯主張光是波動現象（振動傳播現象）。 (1) 光波動說可詮釋：當時所有已知的光現象，並包含光的部分折射和部分反射。 (2) 光波動說預測 (a) 光在水中的速率小於空氣中的速率。 (b) 光有干涉、繞射現象。

光是電磁波

(1) 支持光波動說的科學家

年 代 年 年 年

1801

1814

1850

科學家 楊氏 菲涅耳 傅科

(Young)

(Fresnel)

(Foucault)

實驗結果證實

光具有干涉現象。 光具有繞射現象。 光在一般介質中的速率小於在空氣中時的速率。

第 6 單元 波 (2) 光是電磁波

年 代

科學家

研究貢獻

集電磁學之大成。 理論計算出有電磁波，且以 × 公尺 秒在真空中行進。 主張光是電磁波。 年 赫茲 實驗證實電磁波存在。 ⇒ 光學成為了電磁學的一個分支，光的現象以電磁波的理論進行研究，成功地解釋了許多現象，例如： 色散。 1864

年

馬克士威

1.

(Maxwell)

2.

3

10

8

/

3.

1887

(Hertz)

(a) 運動原理：電場與磁場的交互振動傳遞，行為遵守電磁學定律。 (b) 電場與磁場振動方向垂直行進方向，故屬橫波，有偏振性。 (c) 真空中光速 c = 3 × 108 公尺/秒，在物質中的傳遞速度較小。

(d) 真空中的波速：c = fλ（c：真空中光速、f：頻率、λ：真空中波長）。 (e) 馬克士威彩虹

(f)

4.

可見光波長：約 4000A （ °

紫）< λ < 約 7000A （紅）。 °

愛因斯坦的光子說與光的波粒二象性

(1) 光子說：愛因斯坦主張光在傳播時，其能量並不是以波的方式均勻分布於空間中，而是集中於

包中，稱之為光子，此主張乃是為了解釋光電效應而提出，提出後大獲成功， 愛因斯坦因此獲得諾貝爾獎。 (2) 光的波粒二象性：光具有波或粒子單一特性，然而如何理解一種事物有時是波動（振動現象） 而有時是粒子呢？我們必須將觀念推廣為光有波粒二象性，此意為光具有波動與粒子的雙重性 質，有時顯現波動性，有時顯現粒子性。圖示為設法讓電子一個一個通過雙狹縫後形成的干涉 現象。下頁圖(a)～(c)分別是屏幕上累積 100 個、20000 個及 70000 個電子的干涉影像，故電子 除了粒子性外，也會呈現波動性。 一個一個的能量小

143

144

第 6 單元 波

二、光的反射與折射 1.

2.

3.

光反射定律

(1) 入射角θ 1 = 反射角θ 2。 (2) 入射線、反射線以及法線 N（垂直平面鏡）共面。

平面鏡成像

(1) 虛像。 (2) 物距 = 像距。 (3) 物與像：大小相等、左右相反、上下不顛倒（對稱）。由圖(a)(b) 可以理解平面鏡成像原理，圖(a)中公仔離鏡子較近，故成像靠近 鏡面；圖(b)中公仔離鏡子較遠，故成像也較遠，且像左右顛倒。

折射定律及其成像

(1) 入射線、折射線以及法線 N（垂直界面）共面。 (2) 入射角θ 1 與折射角θ 2：速大角大，速小角小。 (3) 性質 (a) 折射光具可逆性。 (b) 光波變換介質時，頻率必不變，波長隨波速而改變。 (4) 成像 原 理 ：由光 源 所發出之光在 經平界面折 射 後將會 發散 入 射人

眼，故倒逆其光所得之交點即為人眼所見之虛像。

(5) 現象 (a) 人見水中物之深度較實際為淺。 (b) 人於水中見空氣中之物的高度較實際為高。 (c) 人見太 陽、星星 之高度較實際位置為高 ； 人見日 落 之時，太 陽 之位置 已落至 地 平面 之下 （時間差約 2 分 30 秒），且狀似橢圓，日出亦有相同現象。

第 6 單元 波

4.

全反射

(1) 現象 (a) 當光由光密介質射向光疏介質時，隨入射角漸大，折射光將

弱，反射光漸強，直到入射角到達至一臨界值，則將發生 無折射而僅有反射的現象，此稱為全反射。 (b) 恰發生全反射之入射角稱為臨界角。 (2) 分析：圖(a)為光線折射出水面的示意圖，其中θ 為臨界角。圖(b) 在說明光從水中到空氣中會發生全反射，故在水面下看不到水面 上的景象。 漸

c

(3) 現象詮釋及應用 (a) 鑽石：光速較小⇒θ 較大⇒較易全反射。 圖(a)、(b)是以特殊的切工處理後的鑽石。將鑽石以理想比例切割後，透過觀鑽器觀看，便 可看到圖中的八心八箭。其中圖(a)的八箭為正面，圖(b)的八心為背面。 (b) 應用：光纖、內視鏡。 c

(a)

(b)

(c)

(d)

145

146

第 6 單元 波 5.

色散

(1) 色散：白光入射介質時，各色光散開的現象。 (2) 成因：不同色光（頻率不同）於同一物質中的速率 略有不同，v 不同⇒折射角不同⇒色散。

可見光種類 紅光 橙光～靛光 紫光

三、光的干涉與繞射

介質中波速 v 最大 漸減 最小

介質中折射率 n 最小 漸增 最大

1. 干涉實驗：屏幕上產生等寬、等亮（理想狀態）之干涉亮紋。

2. 繞射實驗：屏幕上產生之繞射亮紋─中央亮紋較寬且較亮，其餘亮紋等寬度，但亮度快速遞減。

範例 1 下列何者為

BE

電磁波？（多選）

(A)陰極射線 (B)X 射線 (C)α射線 (D)β射線 (E)γ射線。

第 6 單元 波 (A)陰極射線為電子流。 (C)(D)α射線為氦原子核形成的輻射線、β射線為電子流。

範例 2 將一個一元小銅板貼在窗戶的玻璃上，用一隻眼睛看它，當它剛好將滿月的月亮完全遮住時， 眼睛和銅板的距離約為 220 公分。已知銅板直徑約為 2.0 公分，月球直徑約為 3.6 × 10 公里， 則月球與地球的距離約為多少公里？ (A)4.0 × 10 (B)4.0 × 10 (C)4.0 × 10 (D)4.0 × 10 (E)4.0 × 10 。 【91 學測補考】 3

3

5

7

9

11

B 如

影片

圖所示，眼睛、銅板直徑、月亮直徑會形成相似三角形

QR Code

視角

設銅板與月亮的距離為 x 公里 將長度單位換成公里：220 cm = 2.2 × 10 km，2.0 cm = 2.0 × 10 km 由相似三角形對應邊等比例的特性 (2.2 × 10 )：(2.2 × 10 + x) = (2.0 × 10 可得 x 約為 4.0 × 10 公里。 −3

−5

−3

5

範例 3 一教室的牆上有一平面鏡，如圖為其俯視圖。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？ (A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)丁。 【92 學測】

A

入射角 = 反射角，教師經由平面鏡所能見到的像 須落在視野夾角θ 內，因此教師只能看得到甲。

−3

−5

)：(3.6 × 103)

147

148

第 6 單元 波 範例 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圖所示，三個虛像分別以 像 I、像 II、像 III 表示。若眼睛自 P 處望向乙鏡，則總 共能看見哪幾個像出現在乙鏡中？ (A)像 I、像 II、像 III (B)像 II、像 III (C)像 I (D)像 II (E)像 III。 【91 學測】 B

從 P 點畫兩條直線往乙鏡的兩端點，只有像 II 與像 III 出現在此區域，故只能看到這兩個 像。 範例 5 一個身高 180 公分的人站在一個直立的平面鏡前。設此人眼睛在頭頂下 10 公分。此人要在鏡 中看到自己的全身像，鏡頂不可太低，鏡底不可太高。此平面鏡的底端離地面不能超過 公分。 85 85

由題意可知，此人眼睛的高度為 170 公分， 再由反射定律：物距 = 像距，我們得以計算 △ABC 與△DEC 這組相似三角形的邊長比 像距：（像距 + 物距）= 1：2， 因此鏡高：眼高 = 1：2， 即 x = 170 × 12 = 85 (cm)， 所以鏡底與地面距離不可超過 85 公分。 類 題

1. 張三與他的兒子分別站立於一面牆的兩邊，如圖所示。

若要在牆上開一個窗子使兩人彼此都能看到對方的全 身，則所需的最小窗子的位置應為下列何者？ (A)ae (B)ad (C)be (D)bd (E)cd。 ： D

第 6 單元 波 範例 6

某人站在平面鏡前 2.5 公尺處看著自己的像，試回答以下問題。

(1) 若平面鏡固定不動，而他向著平面鏡移近 1 公尺，則他認為自己與像間的距離變化了多少？ (2) 若他站著不動，而平面鏡向他移近 0.8 公尺，則他認為自己與像間的距離變化了多少？ (3) 若他向著平面鏡移動 0.6 公尺，而平面鏡也同時向他移近 0.9 公尺，則他認為自己與像間的 距離變化了多少？

(1)2m；(2)1.6m；(3)3m 平面鏡成像

⇒物距 = 像距

(1) 物距減少 1 公尺，像距也減少 1 公尺，因此自己與像的距離改變了 2 公尺。 (2) 物距減少 0.8 公尺，像距也減少 0.8 公尺，因此自己與像的距離改變了 1.6 公尺。 (3) 物距減少 0.6 + 0.9 = 1.5(m)，像距也減少 1.5 公尺，因此自己與像的距離改變了 3 公尺。

類 題

2. 開喜婆婆站在平面鏡前 1.5 應對多少公尺遠處對焦？

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

(A) 1 (B) 2 (C) 3 (D)3 (E)無窮遠。 3

3

2

：

D

範例 7 游泳戲水是炎夏消暑的良方之一，但因無法準確判斷水深，有時導致溺水事件。若站在戶外游 泳池旁，估計池水的深度，總會覺得池水比實際深度淺。此一錯覺主要源自於下列哪一項原因？

(A) 光在水中的色散現象 (B) 池底的反射光在水面的折射現象 (C) 目光在水面的反射現象 (D)陽光在水面的反射現象。 【93 學測】 B 光在不同的介質中傳遞會產生折射，也就是光的行經路徑改變，因此造成視差。

149

150

第 6 單元 波 範例 8 水塘中有時滿水，有時無水。若水塘底有青蛙觀看岸邊路燈，而岸邊有人觀看水塘底之青蛙， 則下列有關所見高度或深度的比較，哪些正確？（多選）

(A)人看塘底青蛙的深度和青蛙看路

(B)塘底青蛙所見的路燈高度於滿水時較高，無水時較低 (C)塘底青蛙所見的路燈高度於滿水時較低，無水時較高 (D)人看塘底青蛙的深度，滿水時較 淺，無水時較深 (E)人看塘底青蛙的深度，滿水時較深，無水時較淺。 【99 學測】 燈的高度，兩者與塘中是否有水無關

BD 此題考試重點為視深與實深。由圖可知人在空氣中看水中的青蛙，感覺較淺；青蛙在水中 看空氣中的路燈，則感覺高度較高。

範例 9 下列各種物理現象中，哪一種不能以幾何光學的理論來解釋？ 影

(C)肥皂泡薄膜的五顏六色 (D)面鏡成像 (E)月食。

(A)針孔成像 (B)烈日下的樹

C (C)肥皂泡薄膜上的彩紋，為薄膜的干涉現象，屬於波動光學。

範例 10 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

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 代無色透明玻璃相近，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，其粒徑約為 70 奈米。下列相關敘述，何者正確？ (A)1 奈米等於 10 公分 (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。 【99 學測】 綠色的；晚上若燈光由內透射，則呈紅色。也就是說，它

−9

第 6 單元 波 D (A)1 奈米等於 10− 公尺（10− 公分）。 (B)從題目提供的訊息無法得知。 (C)金屬奈米顆粒對紅光反射能力較弱，對綠光的反射能力較強。 (E)金屬奈米顆粒對綠光的吸收能力較弱，對紅光的吸收能力較強。 9

7

範例 11 (1) 小白在實驗室中利用雷射光分別照射雙狹縫及單狹縫，觀察在後方白紙上形成的干涉圖案。 下列哪些狹縫（假設雙狹縫的每一個狹縫寬度約在可見光波長範圍）與對應產生的干涉圖案 是正確的？（多選）

(A)

(B)

(C)

(D)

(E)

(2) 雙狹縫干涉實驗中，若所用光源為白色光，則干涉條紋之顏色為何？ (A)中央亮帶為白色， 但兩側為彩色 (B)均為彩色 (C)黑白相間 (D)無干涉條紋 (E)以上皆非。 (1)AE；(2)A

(1) 若光源為線光源且與狹縫平行，則繞射或干涉條紋會排列成一直線，且和狹縫的間距方 向平行。

(2) 中央亮帶為混和光，因此呈現白色；兩側的干涉條紋則因不同的可見光有不同的波長造 成

亮暗紋位置不同，因此呈現彩色。

1. 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 相 互垂直的 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。

：

A

2. 下列哪些是「偏振片」的功用？（多選） (A)檢驗光的速度 (B)檢驗光的波長 (C)檢驗 光的 頻率 (D)產生偏振光 (E)檢驗光的偏振方向 (F)檢驗光的強弱。 ： DE 【90 學測】 3. 陽光經過三稜鏡後，呈彩色的光帶，稱為色散現象。與此有關的敘述，下列何者錯誤？ (A)三 稜鏡對各色光的折射率不同 (B)各色光進入三稜鏡時，波長發生改變 (C)各色光進入三稜鏡 時，頻率發生改變 (D)各色光進入三稜鏡時，傳播速率發生改變。 ： C

151

152

第 6 單元 波 4. 下列哪一現象無法用光的「粒子說」來加以解釋？ (A)光在真空中沿直線前進 (B)光經平面鏡 表面反射 (C)光在水面有部分反射部分折射現象 (D)針孔成像。 ： C 5. 下列哪一位科學家提出光的波動說？ (A)牛頓 (B)惠更斯 (C)馬克士威 (D)愛因斯坦 (E)赫茲。 ： B

6. 下列有關光性質的敘述，哪些是正確的？（多選） (A)物體發光時，溫度一定都很高 (B)光與 聲波一樣，都需要倚賴介質來傳播 (C)太陽所發出的可見光與手機傳送的電磁波，本質上是一 樣的 (D)愛因斯坦有關光的研究，說明光具有「粒子」與「波動」的雙重性質 (E)X 射線是由 高速運動的中性粒子所組成，與波動無關。 ： CD 7. 由太陽輻射出的電磁波，包括了各種波長，但可被肉眼感覺的光，其波長只在 3.8 × 10− 7.7 × 10− 公尺之間，稱為「可見光」。則紫外光的波長比可見光之波長長或短？ ： 7

8. 下列哪一位科學家首先提出「光子說」，認為光同時兼具粒子性及波動性？ 斯 (C)馬克士威 (D)愛因斯坦 (E)赫茲。 ： D

7

公尺

到

短 (A)牛頓 (B)惠更

9. 在日常生活中我們常發現光線很容易被屏障物擋住，但要擋住聲波卻不容易，造成這個差異的主 要原因是 (A)光波是 橫 波， 聲 波是 縱 波 (B)光波可 偏極 化， 聲 波則不 能 (C)光波的波 長短 ， 聲波的波長較長 (D)聲波要依賴空氣傳遞，而光波則不需要。 ： C

10. 請從 下列六 個 光的現象中回答問題 (A) 光的反射 (B) 光的干涉 (C) 光的折射 (D) 光的 繞 射 (E)偏振現象 (F)光的直進。 (1)以上現象「可以」用波動說解釋者為？（多選） ： ABCDEF (2)以上現象「必須」用波動說解釋者為？（多選）

：

BDE

11. 必須用粒子說才能說明的現象為（多選） (A)反射 (B)直進 (C)偏振 (D)光電效應 (E)康普 頓效應。 ： DE 12. 若可見光中藍光波長為 5 × 10− 公尺，則其對應頻率為多少赫茲？ (A) 8 × 10 (C) 4 × 10 (D) 2 × 10 (E) 10 。 ： B 7

14

14

14

(B) 6 × 10

14

14

13. 可見光中，紅光的波長最長為 7800 埃，紫光波長最短為 3800 埃，以上兩色光的頻率為 (A)紫 光 > 紅光 (B)紅光 > 紫光 (C)兩者一樣 (D)兩者速率不同無法比較。 ： A

14. 下列有關 入 射光與反射光的 描述 何者錯誤？ (A)入 射光的 能量 與反射光相同 (B)入 射光的 頻 率與反射光相同 (C)入射光的波長與反射光相同 (D)入射光與反射光的波速相同 (E)入射光

週期相同。 ： A 15. 兩平面鏡相交成幾度時，可使任何方向之入射光「平行而反向」射出？ (A)30° (B)45° (C)60° (D)75° (E)90°。 ： E 16. 對平面鏡而言，下列敘述何者正確（提示：放大率是指像的大小和物的大小之比值）？（多選） (A)對實物永遠成虛像 (B)同(A)，為正立、左右相反之虛像 (C)放大率永遠為 1 (D)焦距等於 無窮大 (E)對光線有會聚作用。 ： ABCD 與反射光的

第 6 單元 波 17. 陽光由空氣中斜向射入水內，則在水內時下列敘述何者正確？ (A)紅光與藍光波長均變長 (B)紅光與藍光頻率均變高 (C)在水中的波長與在空氣中的波長之比，紅、藍光兩者完全相同 (D)紅光的速率變成比藍光的速率快。 ： D 18. 在玻璃中傳播速率最快的單色光是 (A)紅光 (B)黃光 (C)綠光 (D)紫光 (E)白光。 ：

A

：

D

19. 白光透過三稜鏡後，偏向最大的是 (A)紅光 (B)綠光 (C)黃光 (D)紫光 (E)藍光。 20. 當白光透過稜鏡時，下列敘述何者正確？（多選） (A)紫光之偏向角最大 (B)紅光之偏向角最 大 (C) 稜 鏡中 紫 光之折射 率最 大 (D) 稜 鏡中 紫 光之折射 角最小 (E) 稜 鏡中紅光之折射 角最

小。 ： ACD 21. 太 陽光照在水 滴 上產生彩 虹 是由於光在水 滴 中的 (A) 反射 (B) 反射 及 折射 (C) 反射 及 干涉 (D)反射及繞射 (E)全反射及折射。 ： B 22. 打靶瞄準時，要讓目標、準星與照門三者成一直線，是根據什麼原理？ (A)光的反射 (B)光的 折射 (C)光的直進性 (D)光的繞射 (E)光的干涉。 ： C 23. 光線透過小孔，能在屏幕成像稱為針孔成像，則下列敘述何者正確？（多選） (A)所成的像的 大 小 和孔的大 小 成正比 (B) 形狀 和光源 形狀 一致 (C) 像為 倒立 (D) 針孔 愈 大，成像 愈 清 晰 (E)針孔太小，像就模糊。 ： BCE 24. 下列哪些為實像？（多選） (A)針孔成像 (B)自空氣中看到水中之魚 (C)汽車後照鏡所看 到 的像 (D) 潛望 鏡中所看 到 的像 (E) 電 影 (F) 視 網 膜上的影像 (G) 不 銹鋼湯匙凹 面內的像 (H)照相機中底片的像。 ： AEFH 25. 某種 玻璃板能 透 過入 射光線的一 半 ， 今 欲將其 入 射光線 隔去 31 ，則 必須用 此種 玻璃 多少 塊 ？ 32 (A)2 (B)3 (C)4 (D)5 (E)6。

：

D

26. 下列有關光的粒子說與波動說的敘述，哪些正確？（多選） (A)粒子說可以解釋光的反射現象 (B)波動說可以解釋光的反射現象 (C)粒子說可以解釋光的折射現象 (D)粒子說與波動說對折 射定 律均能加 以解釋說 明 ，但對光 速 的大 小預 測 結果 不同 (E)光的干涉現象 需 以波動說的理論

才能加以解釋。 ： ABCDE 27. 牛頓最早由實驗發現，陽光經過三稜鏡後，分散為彩色光，根據這個實驗結果來看，下列哪個推 論較正確？ (A)陽光恆沿直線前進 (B)陽光由 微小的粒子 所組成 (C)陽光是一種波動 (D)陽 光不是單色光 (E)陽光穿過物質時會被吸收。 ： D 28. 在光學發展的過程中，與牛頓同時期的荷蘭科學家惠更斯，他主張光是一種波動。下面有關惠更 斯的主張，何者不正確？（多選） (A)光波如同水波一樣會反射 (B)光波如同水波一樣會折射 (C) 光波與 聲 波的傳 播 一 樣 ， 都需 要介質 (D) 傳遞光的物質是空氣 分子 (E) 光波由光源 出發 後，向四面八方擴張。 ： CD

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第 6 單元 波 29. 如圖為電磁波譜的示意圖（未按比例），則圖中的 Q 為何種光？ (A)無線電波 (B)微波 (C)X 射線 (D)α射線 (E)β射線。 ： C 30. 如圖所示為電磁波譜的一部分，試選出具有較大波長的區域為 何？ (A)A (B)B (C)C (D)D。 ： A

31. 無線電、微波、可見光、X 射線，何者具有的波動性最明顯？ (A)無線電 (B)微波 (C)可見光 (D)X 射線 (E)都相同。 ：

A

32. 如圖所示，S 為一線光源（如：長日光燈管）、P 為一不透光障礙物、Q 為屏幕，則圖示屏幕上標示之各區域中，屬於半影區者為 BD 、屬於

全影區者為 C 、完全無影區者為 AE 。 33. 大華透過玻璃製的水族箱，觀看在水中悠游的金魚。某瞬間，大華的視 線與金魚在同一條水平線 AB 上，則大華在水族箱外看到金魚位置，與 金魚在水族箱內實際位置比較，下列敘述何者正確？ (A)因光線折射 的關 係 ，大 華 看見為 金魚 的 虛 像， 且 較實際 位置更 遠離大 華 (B)因光 線折射的關 係 ，大 華 看見為金魚 的 虛 像， 且 較實際位置更接 近大 華 (C)因光線折射的關 係 ，大 華看見為金魚的實像，且較實際位置更接近大華 (D)因光線折射的關係，大華看見為金魚的實 像， 且 較實際 位置更 遠離大 華 (E)因光線反射的關 係 ，大 華 看見為 金魚 的 虛 像， 且 較實際 位置 更接近大華。 ： B 34. 如圖所示，紅光與紫光同時射向一塊透明的玻璃，下列有關色光透過玻璃的時 間關係何者正確？ (A)同時通過 (B)紅光先通過 (C)紫光 先通過 (D)無法 獲知 (E)由玻璃的厚度決定。 ： B 35. 政府實施電子收費 ETC 專案，目的要解決塞車的問題，所使用的紅外線波長範圍介在 10 ～ 10 公尺，但是需要在 40 公里/時的車速且對準感應器才可被感應扣款；另外一組科學團隊則提 出以波長範圍介於 10 ～10 公尺的微波效果較好。則此團隊所持的合理理由為下列何者？ (A)微波波長較長容易產生干涉 (B)微波波長較長容易產生繞射 (C)微波波長較長可產生反射 (D)微波波長較長可產生折射，接收廣、較無死角。 ： B 36. 下列哪一個圖形，可以表示理想的單狹縫繞射的強度分布圖？ −6

−3

−3

(A)

−2

(B)

(C)

(E) ：

(D)

E

37. 在干涉實驗中，欲得條紋間距離較大的清晰干涉條紋，必須滿足哪些條件？（多選） (A)使用 兩燈， 分別 為兩 狹縫 之光源 (B)使用 一 個單 色光源 (C)使用 波 長 較 長 的光源 (D)減 小 兩 狹縫 間的距離 (E)使光屏愈遠離雙狹縫。 ： BCDE 38. 干涉實驗中，下列敘述正確的是（多選） (A)兩狹縫間隔增大，干涉條紋變粗 (B)狹縫寬度變 大，條紋數愈多 (C)每一條干涉條紋寬度相同 (D)用藍色透明紙蓋住光源變成藍黑條紋 (E)用白光入射，則有彩色條紋。 ： CDE

第 6 單元 波 39. 下列關於光的狹縫實驗之敘述何者正確？（多選） (A)以單色光作雙狹縫干涉實驗，光屏上產 生亮暗相間的條紋 (B)以單色光作雙狹縫干涉實驗，將狹縫寬度減小時，亮紋亮度會增加 (C)以單色光作單狹縫繞射實驗，光屏上無暗紋存在 (D)以白光作雙狹縫干涉實驗，在光屏上會 產生彩色干涉條紋 (E)以白光作單狹縫繞射實驗，在光屏上會產生彩色繞射圖樣。 ：

ADE

3 光的三原色 一、色光的混合

1. 光的三原色：紅(Red)、綠(Green)、藍(Blue)（顏料之三原色：洋紅(Magenta)、黃(Yellow)、青(Cyan)）。 2. 三色光的混合關係 影片

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顏色 影片

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光的三原色

二、物體的顏色

1. 透明物體的顏色取決於該物體所能透過的色光。例如，白光照射紅色玻璃時，紅光可以通過，故

玻璃，因為綠光被吸收而致無法透射光，所以玻璃呈現黑色。 2. 不透明物體的顏色即是反射光的顏色。例如，紅色的玫瑰花在白光下只反射紅色，吸收其餘色光， 故呈紅色，綠葉則只反射綠光，吸收其餘色光，故呈綠色。 呈紅色；若以綠光照射紅色

範例 1 如圖的三個圓是由強度相同的紅、綠、藍光，一起照射白紙時分別形 成的，在 4、5、6 區兩種色光重疊，在 7 區三種色光重疊。下列哪一 選項列出的顏色是正確的？由 1～7 色區排列依序為 (A)紅、綠、藍、 洋紅、黃、青、白 (B)紅、綠、藍、洋紅、黃、青、黑 (C)紅、藍、 綠、洋紅、黃、青、白 (D)紅、藍、綠、洋紅、紫、青、黑。 【91 學測】

A 7 為三種色光混合，因此為白色。 1、2、3 分別為光的三原色，所以為紅、綠、藍；但是紅光和綠光混合為黃光，因此 1、2 混合處 5 為黃色，且綠色與藍色混合為青色，即 6 為青色。

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第 6 單元 波 範例 2 我們眼睛的視網膜中有三種色錐細胞，其感光範圍的中心波長分別約為 600 奈米（紅光）、550 奈米（綠光）、450 奈米（藍光）。色盲就是色錐細胞因先天或後天異常。下列哪一種色錐細 胞異常的人，紅、橙、黃、綠看起來只是程度不同的綠？ (A)600 (B)550 (C)500 (D)450 奈米。 【97 學測】 A

心波長約為 550 奈米，因此感光中心波長超過 550 奈米的色錐細胞無法辨識 波長大於綠光的可見光（紅、橙、黃）。

綠光的感光中

範例 3 我們眼睛的視網膜中有三種辨色視覺細胞，其感光中心波長分別約為 600 奈米（紅光）、550 奈米（綠光）、450 奈米（藍光）。下列何者可以造成黃色的視覺？（多選） (A)500 奈米的 色光 (B)580 奈米的色光 (C)650 奈米的色光 (D)等量的 450 奈米與 550 奈米的色光混合 (E)等量的 600 奈米與 550 奈米的色光混合。 【94 學測】 BE

黃光的波長介於紅光（600 奈米）與綠光（550 奈米）之間，因此感光中心波長需介於此 範圍，才能產生黃色的視覺。 範例 4 以相同強度的紅、綠、藍三原色的光，同時投射在白色光屏上時，所顯 現的顏色如圖所示。一般室內燈光所見為綠色的地毯，在下列哪一種色 光照射下最可能呈現黑色？ (A)白 (B)黃 (C)青 (D)洋紅。

【95 學測】

D

洋紅為紅光與藍光的混和光，沒有綠光可以反射。

第 6 單元 波

1. 彩色電視中的電子槍，它們射出來的電子束可在電視螢幕上，分別產生三種色光。這三種色光是 下列的哪一項？ (A)紅、黃、綠 (B)黃、藍、綠 (C)紅、綠、藍 (D)紅、黃、藍 (E)紅、橙、 紫。 ： C

2. 近視眼須配戴何種眼鏡校正？其理由為何？ (A)凹透鏡，因為它能發散光線 (B)凸透鏡，因為 它能發散光線 (C)凹透鏡，因為它能會聚光線 (D)凸透鏡，因為它能會聚光線。 ： A

3. 用藍色的玻璃紙包著日光燈管，製成藍色光源，準備白、黑、紅、黃、藍、綠各種顏色的色紙，

察這些色紙在藍色光下變成什麼顏色？ ： 藍、黑、黑、黑、藍、黑 4. 紅、綠、藍光是光的三種原色，以下說法中正確的是 (A)在暗室中，將紅光、綠光、藍光投影 在白色 屏幕 上的同一 區域 ，該區域 呈現白色 (B)在暗室 中，將紅光 、 綠光、藍 光 投 影在 黑 色 屏 幕上的同一區域，該區域呈現白色 (C)將紅顏料、綠顏料、藍顏料塗在白紙上的同一區域，該 區域在白光照射下呈現白色 (D)將紅顏料、綠顏料塗在白紙上的同一區域，然後用藍光照射， 該區域呈現白色。 ： A 5. 日光下，見 A 物體為白色，B 物體為綠色，則在紅光下見 (A)A 為紅色，B 為綠色 (B)A 為紅 色，B 為黑色 (C)A 為白色，B 為紅色 (D)A 為白色，B 為黑色 (E)A 為白色，B 為綠色。 觀

：

B

6. 戴紅色眼鏡的人觀察下列物體成什麼色？ (1)太陽；(2)月亮；(3)黑色秀髮；(4)藍色天空； (5)紅色裙子；(6)綠色草地；(7)白色襯衫。

紅太陽； 紅月亮； 黑髮； 黑色天空； 紅色裙子； 黑色草地； 紅襯衫 7. 彩色電視機的彩色畫面是由光的三原色 (A)紅、藍、黃 (B)紅、黃、綠 (C)黃、藍、綠 (D)紅、綠、藍 (E)紅、黃、藍 三種色光組合，配出各種顏色來。 ： D ：

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圖片出處：

P144 光的波粒二象性 David Halliday、Robert Resnick、Jearl Walker，FUNDAMENTALS OF PHYSICS EXTENDED，John Wiley & Sons., Inc.，5th，P.994 P145 全反射 http://www.phys.ufl.edu/demo/6_Optics/A_GeometricOptics/InternalReflectionRefractionWaterTank.jpg P145 八箭 http://craftedbyinfinity.com/protected/uploaded_files/stones/5658/arrows1254151517Ef6i57ST3KcluaSB Rx12.jpg P145 八心 http://craftedbyinfinity.com/protected/uploaded_files/stones/5602/hearts1253700255qLfCKTqIwiOVXO5 D7vrG.jpg

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