光碰到東西,會走哪一條路?
手電筒的光斜斜地照下去。換換看不同的材料,看看光是被彈回來、穿過去,還是被吃掉。
鏡子
光去哪裡了?
數字是大約的比例,用來比「多」跟「少」。
平面鏡:斜進來多少,就斜出去多少
平面鏡就是我們每天照的鏡子。光打到鏡子上會反射彈回來,而且有個固定的規則,就像打撞球一樣:球斜斜撞到桌邊,會用一樣斜的角度彈出去。拉拉看手電筒的角度!
中間那條直直的虛線叫做「法線」,它跟鏡子垂直,是用來量角度的尺。
你看到了嗎?
入射角 40° = 反射角 40°
「入射角」是光射進來時跟法線的夾角,「反射角」是光彈出去時跟法線的夾角。不管你怎麼拉,兩個永遠一樣大。
那為什麼鏡子裡好像也有一支手電筒?因為眼睛以為光都是走直線過來的,就把光往鏡子後面延長,覺得那裡也有一支。這個看起來的樣子叫做鏡子裡的「像」。
鏡子裡的字會怎樣?
平面鏡裡的東西會左右相反。所以有些救護車車頭的字故意反著寫,前面的駕駛從後照鏡一看,就變成正的了。
生活中的平面鏡
- 穿衣鏡、浴室的鏡子:用反射看到自己。
- 萬花筒:裡面有三片平面鏡,光彈來彈去,就變出好多重複的花樣。
- 潛望鏡:兩片鏡子斜斜放,光反射兩次,躲在牆後也能看到外面。
- 汽車車內的後照鏡:不用回頭也能看到後面。
折射:光跑進別的東西會轉彎
光在空氣裡跑得很快,跑進冰、水、油、玻璃、鑽石裡都會變慢。速度一變,方向就會偏一下,這就是折射。換換看不同的材料、拉拉看角度,也試試看把角度拉到 0°!
空氣 → 水
白色虛線是「如果光不轉彎」會走的路,跟黃色的光比一比,就知道它真的轉彎了。
為什麼會轉彎?推推車就懂
想像你推著購物車,斜斜地從柏油路推進草地。先碰到草地的那一邊輪子先變慢,另一邊還在柏油路上跑得快,車子就會自己轉一個彎。光從空氣斜斜跑進水裡,也是一樣的道理。
如果你是直直推進草地,兩邊輪子同時變慢,車子就不會轉彎。所以光直直照下去(0°)時,也不會轉彎。
光跑步比賽:誰最慢?
六道光同時起跑,每一道跑在不同的東西裡面。看看誰被拖得最慢!
真正的光快到眼睛根本看不見,這裡放慢了好幾億倍,但誰快誰慢的比例是對的。
為什麼每種東西轉的角度都不一樣?
把一道光想成一排手牽手往前跑的小朋友。下面的慢動作會跟著你在上面選的材料和角度一起變,換成鑽石試試看!
三個步驟看懂
- 斜斜跑進去,有一邊先踩到。這排小朋友斜斜衝過去,藍色那一端的人先踩進水裡,馬上變慢;黃色那一端的人還在空氣裡,照樣跑得飛快。
- 快的那邊追上來,整排就被扭過去。一邊慢、一邊快,整排就像轉門一樣轉了方向。這就是光轉彎的原因。
- 快慢差越多,扭得越多。冰塊只讓光慢一點點,兩端差一點點,就只轉一點點;鑽石讓光慢超多,兩端差很多,就轉一個大彎。
所以角度不一樣的祕密只有一句話:光被拖得越慢,轉的彎越大。
角度比一比
| 材料 | 光每秒跑 | 進去後斜 | 轉了 |
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拉上面的角度滑桿,這張表會跟著變。點材料的名字也可以切換。
吸管怎麼斷掉了?
眼睛被騙了
水裡那一段吸管的光,從水裡跑到空氣時轉了彎,才進到我們的眼睛。眼睛不知道光有轉彎,以為光都是直直來的,就把吸管「看歪了」,好像斷成兩截。勾選上面的方框,就能看到吸管真正在哪裡。
生活中的折射
- 游泳池看起來比真正的淺,跳下去才發現好深,所以要小心。
- 碗底放一枚硬幣,站在看不到的位置,慢慢倒水,硬幣就「浮」出來被看到了。
- 彩虹:陽光在空中的小水滴裡折射,分成好多顏色。
透鏡實驗室:讓光聚起來,或散開來
透鏡是用玻璃或塑膠做成、表面彎彎的鏡片。光穿過它會折射兩次,進去一次、出來一次。因為表面是彎的,每一條光轉的彎都不一樣,最後就會聚在一起,或是散開來。
中間比邊緣薄 → 凹透鏡,會把光散開。
凸「凹」透鏡 → 最後是凹,屬於凹透鏡家族。
黃色線是從左邊照過來的太陽光,藍色是鏡片的側面。光線是照真正的折射規則算出來的喔。
雙凸透鏡
生活中:
透過這片鏡片看字
鏡片靠近字的時候,凸透鏡會讓字變大,所以放大鏡是凸透鏡;凹透鏡則會讓東西變小。
六種透鏡+平面鏡,一張表看懂
把剛剛玩過的全部排在一起比一比。重點只有一個:先看中間跟邊緣哪裡厚。
| 名稱 | 側面形狀 | 中間跟邊緣 | 光穿過後 | 生活中的例子 |
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