物理光學中光波相關問題和公式範例
光的特性
1. 光是一種電磁波，因此光…
A. 不經歷反射
B. 不會發生屈光不正
C. 不需要繁殖介質
D. 傳播過程中不攜帶能量
彭巴哈桑
光是一種波，因此，它像其他波一樣，在傳播過程中會反射、折射並攜帶能量。光是電磁波，所以它不需要介質就能傳播。
正確答案是C。
2. 請注意以下陳述：
1. 光沿直線傳播
2. 光是一種電磁波
3. 光可以被吸收
4. 光帶有電荷
關於光的特性，正確的表達是…
A. 僅聲明 1
B. 陳述 1 和 2
C. 陳述 1、2 和 3
D. 所有陳述均正確
彭巴哈桑
1. 光沿直線傳播。
這句話是正確的，因為儘管光以橫波的形式傳播，但光的傳播路徑是一條直線。在幾何光學（光的反射和折射）中，光被描述為一條光線，其傳播路徑為直線。
2. 光是一種電磁波：
這個說法是正確的，因為光是一種電磁波，光的傳播不需要介質。
3. 光可以被吸收：
這句話是正確的。光是一種電磁波。所有波，無論是機械波或電磁波，在傳播過程中都會攜帶能量。因此，光的部分能量會被其傳播介質吸收。例如，當光線照射到平面鏡上時，大部分光線會被反射，但有一小部分會被鏡面吸收。
4. 光帶有電荷：
這種說法是錯誤的。光是一種電磁波，而電磁波是由振盪的電場和磁場產生的。電磁波是由加速運動的電荷所發射出來的。
正確答案是C。
完美反射
3. 右圖展示了一顆非常昂貴的鑽石，因為它反射的光線非常閃耀。這種現像是由……造成的。
A. 完全折射，即光線從密度較小的介質射入密度較大的介質。
B. 完全折射，其中入射角小於邊界角
C. 完全反射，即光線從密度較小的介質射向密度較大的介質。
D. 完全反射，其中入射角大於邊界角
彭巴哈桑
鑽石發出的光線之所以閃閃發光，是因為光線的分散和完美反射。當光線從折射率較高的介質射向折射率較低的介質時，就會發生完美反射。例如，光線從鑽石（折射率較高）射向空氣（折射率較低）。為了更好地理解這一點，請查看下圖。
當光線從高折射率介質進入低折射率介質時，光線會偏離法線。入射角 (θi) 越大，折射角 (θr) 越大。在某一特定入射角下，折射角為 90°。折射角為 90° 時的入射角稱為臨界角 (θk) 或極限角。如果入射角大於臨界角或極限角，則光線不會發生折射，全部反射。
正確答案是D。
4. 2011年全國科學奧林匹克競賽國中組（縣/市級）試題第39題
以下現像是完全反射的特徵，即…
A. 彩虹
B. mirage
C. 彩色湖泊
D. 散光
彭巴哈桑
海市蜃樓被稱為完美反射現象，因為在這個過程中，來自空氣的光線並沒有被路面折射，但卻看起來像是所有光線都被路面反射了。海市蜃樓的產生是因為光線穿過不同密度、折射率各異的空氣層。實際上，光線並非被路面反射，而是被折射率不同的空氣層折射（彎曲）了。
正確答案是 B。
5. 2010年全國科學奧林匹克競賽國中組（縣/市級）試題第30題
在炎熱的夏天，瀝青路面上的油膜景象本質上是一種完全反射現象，因為…
A. 空氣上層的折射率大於下層的折射率。
B. 空氣上層的折射率小於下層的折射率。
C. 水滴在不同的反射角度下會反射出不同的顏色。
D. 水滴在不同的折射角下折射出不同的顏色。
彭巴哈桑
炎熱天氣下瀝青路面上的油漬就是海市蜃樓的一個例子。海市蜃樓的形成是由於路面附近空氣層和路面上方空氣層的折射率不同所造成的。
在炎熱的天氣裡，路面會加熱其正上方的空氣，使得路面正上方的空氣層比上游的空氣層溫度更高。較熱的空氣層體積膨脹較大，密度較低。相反，其上方溫度較低的空氣層體積膨脹較小，密度較高。因此，下方的空氣層密度較低，而上方的空氣層密度較高。
因為底部（靠近路面）的空氣層密度較小，光線穿過時速度較快；而頂部的空氣層密度較大，光線穿過時速度較慢。
折射率的計算公式為：n = c / v，其中 n 為折射率，c 為真空中的光速，v 為常數，等於 3 × 10⁻⁶。8 m/s，v 為介質中的光速。根據此公式，c 是固定的，因此如果 v 增大，則 n 減小；反之亦然，如果 v 減小，則 n 增大。
光線在下層空氣中傳播速度較快（v 值較大），因此下層空氣的折射率較小（n 值較小）；而光線在上層空氣中傳播速度較慢（v 值較小），因此上層空氣的折射率較大（n 值較大）。
正確答案是 A。
折射率
6. 一束可見光在空氣中的波長為510奈米。如果這束光進入折射率為1,5的介質，它的波長會變成…
A. 680 奈米
B. 510 奈米
C. 340 奈米
D. 170 奈米
彭巴哈桑
已知：
波長 (λ) = 510 nm = 510 × 10-9 米
折射率 (n) = 1,5
問題：波長（λ）變成…
回答 ：
波長（λ）變成340奈米。
正確答案是C。
7. 在一個清澈的水池底部可以看到一條魚，水池深2米，水池的折射率為4/3。如果這條魚幾乎是垂直於水面，那麼這條魚離水面有多遠？
A. 距泳池水面1米
B. 距泳池水面1,5米
C. 距泳池水面 2 米
D. 距泳池水面 2,67 米
彭巴哈桑
已知：
泳池的折射率 = 4/3
泳池深度 = 2 米
問：從池塘水面能看到魚的最遠距離嗎？
回答 ：
視距離 = 1 : n (實際距離)
視距離 = 1 : 4/3 (2 公尺)
視距離 = 1 x 3/4 (2 公尺)
視距離 = 3/4 (2 公尺)
視距離 = 6/4
視距離 = 1,5 米
從池塘水面可以看到的魚的距離 = 1,5 米
正確答案是 B。
8. 光可以在折射率相對於環境為…的通道中傳輸。
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
彭巴哈桑
真空折射率 = 1,0000
介質的折射率大於真空的折射率。
正確答案是 A。
光的色散
9. 色散角是指單色光中兩種顏色之間的夾角，這種夾角出現在…的情況下。
A. 光的偏振
B. 光吸收
C. 光的色散
D. 光的衍射
彭巴哈桑
單色光是指只具有單一顏色或波長的光。白光，例如陽光，是由所有顏色混合而成的，每種顏色都有不同的波長或頻率。白光分解成可見光譜（紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫）的過程稱為光的色散。
光線可以透過棱鏡、水滴或其他物體進行散射。彩虹是日常生活中光線散射的例子，陽光被雨滴散射後形成。
正確答案是C。
10. 2011年全國科學奧林匹克競賽國中組（縣/市級）試題第60題
彩虹看起來像一條半圓形的彩色絲帶。以下四種彩虹顏色的正確順序，依半徑從小到大排列是…
A. 紅色、橘色、黃色、綠色
B. 藍色、紫色、綠色、黃色
C. 綠色、藍色、靛藍色、紫色
D. 靛藍、藍、綠、黃色
彭巴哈桑
彩虹的顏色順序是：紅、橘、黃、綠、藍、靛、紫。
紅光的波長最長，紫光的波長最短。每種顏色的光的偏轉程度取決於其波長。
當白光被雨滴散射時，波長較長的光偏轉較少，波長較短的光偏轉較多。紅光偏轉最少，因為它的波長較長；紫光偏轉最多，因為它的波長較短，如下圖所示。因此，觀察者的眼睛看到的紅光在上方，紫光在下方。
彩虹的所有顏色都呈現部分圓形，其中紅色光圈位於頂部，因此半徑最大，而紫色光圈位於底部，因此半徑最小。
從最大半徑到最小半徑，光線顏色的順序是：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。
正確答案是D。
11. 水面上油層呈現淺色是由於下列現象造成的…
A.幹擾
B. 極化
分散的C.
D. 繞射
彭巴哈桑
正確答案是C。
