中華民國 高中物理教材 99課綱-基礎物理2B-CH4 牛頓運動定律-1 注意：部分動畫無法顯示 參考資料 陈玉芳，物理學史簡明教程 郭奕玲，沈慧君，物理學演義 維基百科 高二物理課本，99課綱 DeltaMOOCx

1. 4-1 光的反射定律與平面鏡
2019-高三選修-CH4-幾何光學 1

2. • 幾何光學
Geometrical Optics
利用光為 直線前進 的觀點，
來描述光的現象➔ 線光學
• 物理光學
Physical Optics
利用光為 波動 的觀點，來描
述光的現象➔ 波動光學
光學(Optics)
2019-高三選修-CH4-幾何光學 2

3. • 定義：光由一介質傳遞另一
介質，部分或是全部的光自
介面反射的現象
• 反射定律：
• 入射線與反射線分別位在法線
的兩側，且三者共一平面。
• 入射角=反射角。
光的反射 Reflection
From Serway 普物
2019-高三選修-CH4-幾何光學 3

4. 2019-高三選修-CH4-幾何光學 4
光槓桿原理
• 入射光方向不變，當平面鏡
轉動，則反射光也跟著轉動
• 新入射角 i+
• 新反射角 i+
• 舊反射線與新法線的夾角i-
• 反射光偏折角度為
i +
i +



i
i −
ሻ𝜑 = 𝑖 + 𝜃 − (𝑖 − 𝜃 = 2𝜃

5. • 鏡面反射specular reflection：
光滑表面產生的規則反射
5
反射的類型
2019-高三選修-CH4-幾何光學

6. • 漫反射diffuse reflection：
粗糙不平的表面產生的不規則反射的現象
6
反射的類型
2019-高三選修-CH4-幾何光學

7. • 實像：凡由 實際光線 會聚而成之像，稱為實像。
成像的差異
實像可成像於屏幕（紙、光屏、底片）上
2019-高三選修-CH4-幾何光學 7

8. • 虛像：凡非實際光線會聚，而由其反向之延長線會聚而成之像，
成像的差異
實物
虛像
在成像處，虛像無法成像於屏幕（紙、光屏、底片）上
2019-高三選修-CH4-幾何光學 8

9. 4-2 拋物面鏡球面鏡

10. • 定義：將一拋物線繞著主軸（即對稱軸）旋轉 180o，所產生
的曲面稱為拋物面，以拋物面作成反射面的鏡子即為拋物面鏡。
• 種類： 凹面拋物面鏡 、 凸面拋物面鏡 。
拋物面鏡
凹面 凸面

11. • 平行於主軸的光線入射至凹面拋物面鏡
• 反射光線必定通過拋物線的 焦點
凹拋物面鏡
凹面鏡光線路徑圖
Serway 普物

12. • 平行於主軸的光線入射至凸面
拋物面鏡➔反射光線之反向延
長線必會聚於虛焦點
凸拋物面鏡

13. 幾何光學應用-天文望遠鏡
麥哲倫天文望遠鏡,有效直徑21.4公尺

14. 歐洲極大望遠鏡European Extremely Large Telescope

15. 全像術

16. • 西班牙的Andasol 1太陽能槽式光熱發電站 ，裝機容量
49.9MWp，年發電量180GWh(約1.8億度電），最高系統效
率28%，年平均系統效率15%，年發電可利用小時數3600小
時，它是歐洲最大的槽式光熱電站。
西班牙太陽能 熱電發電站

17. 西班牙太陽能 熱電發電站

18. • 定義：反射面為圓球面的一部份，稱為球面
鏡
• 凸面鏡Spherical Convex Mirrors
• 凹面鏡Spherical Concave Mirrors
球面鏡

19. 球面鏡Spherical Mirror 各部名稱
曲率中心
焦點
鏡心/鏡頂
f = R/2
焦距f
曲率半徑R

20. 2019-高三選修-CH4-幾何光學 20
球面像差
實際光學路徑

21. 球面鏡與拋物面鏡的關係
R x
y
P
2
R
拋物線
球面鏡與拋物面鏡的幾何性質不同
兩鏡面在靠近主軸地方
幾乎重合。
遠離主軸才有明顯的差
異。
在工程實務上，製造
球面鏡遠比拋物面鏡
簡單。
若鏡面孔徑極小
➔球面鏡可視為
拋物面鏡

22. • 平行主軸之入射光，其反射光線通過焦點。
• 通過焦點之入射光，其反射光線平行於主軸。
• 通過球心之入射光，其反射光線循入射光線的反方向行進。
• 入射於鏡頂的光線，其反射光線對稱於主軸。
球面凹面鏡-成像原則
𝐹𝐶

23. • 物體在2F之外
• 成像在FC之間
• 縮小倒立實像
凹面鏡的成像圖
𝐹𝐶
物體在2F之上
成像在2F之上
同大倒立實像
𝐹
𝐶

24. 凹面鏡-成像原則
• 物體在2F之內
• 成像在2F之外
• 放大倒立實像
𝐹
𝐶
• 物體在F之上
• 無法成像
𝐹
𝐶

25. 凹面鏡-成像原則
𝐹
𝐶
• 物體在F之內
• 成像在鏡後
• 放大正立虛像

26. • 平行主軸之入射光，其反射光線的反方向延長線通過焦點。
• 射向球心之入射光，其反射光線循入射光線的反方向行進
• 指向焦點之入射光，其反射光線平行於主軸。。
• 入射於鏡頂的光線，其反射光線對稱於主軸。
凸面鏡成像性質(Convex Mirrors)
𝐹 𝐶

27. • 物體在鏡前
• 成像在鏡後
• 縮小正立虛像
凸面鏡的成像iagram
𝐹 𝐶
實際成像圖

28. THE MIRROR FORMULA-高斯式
https://www.youtube.com/watch?v=cQ492W3VSfc

29. 面鏡公式高斯式
• 凹面鏡➔f > 0
• 凸面鏡➔f < 0
• 平面鏡➔f = 
• 鏡前實物➔p > 0
• 實像➔q > 0
• 虛像➔q < 0
藉由圖中兩種相似三角形
可以得到右側公式
1
𝑝
+
1
𝑞
=
1
𝑓
𝑓

30. • 一物體或像垂直於主軸方向的長度，稱為橫向長度，亦稱高度。
• 像之高度與物體高度之比值，稱為橫向放大率
橫向放大率
𝑀 =
𝐴′ 𝐵′
𝐴𝐵
=
𝑞
𝑝
𝑀 > 1 放大的像
𝑀 < 1 縮小的像
M > 0 實像
M < 0 虛像

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參考資料
陈玉芳，物理學史簡明教程
郭奕玲，沈慧君，物理學演義
維基百科
高三選修物理課本，99課綱
DeltaMOOCx