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精彩 圖解 生動活潑的「圖像式場景」引發學生學習動機。
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2 物理 B 下 Chapter 9 波動與聲音 3
9-1 振動與波 2.非力學波： 不需介質即能傳播的波稱為非力學波，非力學波是靠
電場和磁場的交互變化而將波傳送出去，如圖9-2，因
此非力學波又稱為電磁波。如光波、微波、無線電波
一 波的傳播 等都是電磁波。
如圖9-1，將一塊石頭丟到平靜的水池中，見到落石處激起陣陣 電磁波
行進方向
水圈向外傳播，此為水波。若仔細觀察水面上的樹葉，會發現樹葉
只在原處上下起伏，並未隨波前進。這表示水分子本身只是上下振
電場
動，並沒有隨著波形前進。
磁場
● 圖9-2 電磁波
三 橫波和縱波
另外，我們根據介質（或場）振動方向和波行進方向的關係，
將波分為橫波和縱波：
(a)落石處激起陣陣水圈向外傳播 (b) 樹葉只在原處上下起
伏，並未隨波前進 1.橫波： 介質（或場）振動方向與波行進方向垂直的波稱為橫波或
● 圖9-1 水波 高低波，如圖9-3之繩波為橫波。
經由以上的觀察，我們發現物質的一部分受到擾動時，其鄰近 2.縱波： 介質（或場）振動方向與波行進方向平行的波稱為縱波或 Chapter 10 光波 53
52
物理 B 下
部分也會興起相同的擾動，而使波形（或能量）向外傳遞，此現象 疏密波，如圖9-4之彈簧波為縱波。
稱為波動（wave motion）。其實，波可以傳遞能量，但不能傳送物 P
質。 10-4 色散 霓多一次反射，所以亮度比較小，比較不容易看清楚。而且，霓的
顏色順序由上而下依次為「紫、靛、藍、綠、黃、橙、紅」，與我
二 力學波和非力學波 P 們比較熟知的虹順序相反。
P
一 三稜鏡的色散現象 日光
傳遞波的物質稱為介質（medium），例如水波以水為介質，繩 P
折射 P 反射
波以繩子為介質，聲波一般以空氣為介質。我們根據波傳播時是否 折射
西元1666年，牛頓發現一束白色光射向三稜
需要介質而將波分為力學波和非力學波： 鏡，經三稜鏡兩次折射後，會形成紅、橙、黃、 P 虹 反射 P 日光 霓
綠、藍、靛、紫七色光帶，這種現象稱為色散 P
1.力學波： 需要介質才能傳播的波稱為力學波，如水波、繩波和聲 日光 折射 反射
波等皆為力學波。 （dispersion），如圖10-22。 日光 折射 P 紅 51°
紫 40° 54°
為何會有色散現象呢？那是因為白色光是由 P 42° 紫
紅
七種顏色的光所組成，而各色光在真空中速率都 ● 圖9-3 橫波 ● 圖9-4 縱波

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是3×10 公尺／秒。當七種色光由空氣進入玻璃 ● 圖10-24 水滴的色散
中，速率都會減慢，但減慢程度不同（即對各色 如圖10-25所示，空氣中的每個水滴都可將陽光分散成七色光，
● 圖10-22 三稜鏡的色散現象 光而言，玻璃的折射率不同），其中又以紫色光 朝各個方向行進。但是必須角度剛好的色光才會進入某人的眼睛。
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在玻璃中的速率最慢（改變最大），因此紫色光偏折角度最大。由於 因此，當我們看見虹或霓的七色帶時，其實七個色帶是分別來自不
各色光有不同的折射角，經由三稜鏡兩次折射後，這七種顏色的光就 同方向的水滴所造成的。
散開來了。
看見
紫色
二 自然界的色散現象－霓與虹
日光 霓
彩虹，就是色散現象的一個實例。能夠看到 看見
紅色
彩虹的條件是：太陽的仰角不大，天空的某一邊
正在下雨，而另一邊則是陽光普照。此時當你背
看見
對太陽，就有機會看到一道弧形的顏色光譜，此 虹 紅色
稱之為虹（rainbow）。有時在彩虹外側，還會
日光
出現另一道較弱的色帶，此稱之為霓（secondary 看見
40? 紫色
● 圖10-23 霓與虹 rainbow），如圖10-23。 42? 51?
加箭頭的色光，代表角度
54?
恰好可到達人的眼睛
霓與虹形成原因如圖10-24所示，太陽光進入水滴後，依照不同
的入射角，有些會立刻穿出，有些則會在水滴內多反射幾次才會穿 ● 圖10-25 霓和虹的原理
出。若是經過「折射→反射→折射」而離開水珠者會形成虹；若是
經過「折射→ 反射→ 反射→ 折射」才離開水珠者會形成霓。因為
從生活周遭出發，以思考開始挖掘自然現象背後的祕密吧！
科學 TPC12610-6第10章.indd 52 186 物理 B 下 2019/10/17 上午 08:50:38 TPC12610-6第10章.indd 53 2019/10/17 上午 08:50:39
電容器 capacitor
自然 電容器是一種被動二端元件，由各種導體 UCAP1-1 A
和絕緣體組成，以靜電形式保存能量。
M
電晶體 transistor UCAP1-1 1
C4 C5 1
半導體裝置，可以放大，開關電子訊號和
系統 電力。 L1 L3 1
P1
L2
P1
電阻器 resistor C3
電阻器是被動二端元件，可以提供電阻， 離散電路 P1
素養 控制電路裡的電流。 板片 plate
(b)離散電路（discrete circuit）：離散電路的元件是各自囊封後，再銲接到一塊基板上
iv ● 圖16-15 積體電路與離散電路（續）
5 發光二極體
除了第四族元素（如矽、鍺）的晶體屬於半導體外，由第三族
和第五族元素所形成的化合物（如砷化鎵、磷化鎵）的晶體也具有
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半導體的特性，此種半導體稱為Ⅲ-Ⅴ族半導體。利用Ⅲ-Ⅴ族半導
體所製成的P-N接面二極體，當它在順向偏壓時，會使得電子與電洞
結合，並將能量以光能的形式釋放出來。這種通電後可發光的二極
體，稱為發光二極體（light emitting diode），簡稱LED。發光二極
體和日光燈同屬於不需高溫即可發光的冷光燈，圖16-16 所示為一般
常見作為標示用的發光二極體。
LED晶片
導線
塑膠透鏡

正極引腳
負極引腳 (較長)
(較短)
(a)外觀 (b)結構示意圖
● 圖16-16 作為標示用的發光二極體

LED的發光波長（或發光顏色）由其半導體材料決定。發展初
期，砷化鎵（GaAs）發光二極體只能發出紅外光或紅光。隨著材料

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