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4.1 光的傳播與光速

任務簡報:雷電交加時,我們總是先看到閃電,過一會兒才聽到雷聲,這是因為光速遠比聲速快。準備好了嗎?跟著步驟動手探究,一關一關破解它!

小欣老師
1讀故事情境先進入狀況
2動手玩實驗先看步驟再操作
3記錄與闖關填數據、答問題
4自我驗證最後回頭打勾⭐
1

情境引導

小惠同學
🧭 探險情境

雷電交加時,我們總是先看到閃電,過一會兒才聽到雷聲,這是因為光速遠比聲速快。而影子的形成、針孔成像的原理,都與光的直進性有關。這一節,我們要透過模擬實驗,驗證光的直進性,並探究影響光速的因素。

2

實驗工作站:PhET

先把 5 個步驟讀完,再動手做!

💻 電腦版:同一個框框裡,左邊讀步驟、右邊做實驗,實驗畫面會一直陪著你。📱 手機版:先讀步驟,往下就是實驗艙。

🧑‍🏫 操作指導語(請依序完成)

小欣老師
  1. 1

    進入模擬後,選擇「引導」模式,觀察光線在同一介質中以直線行進的情形。

  2. 2

    在光線路徑上放置障礙物,觀察影子的形成,並思考這與光直進性的關係。

  3. 3

    切換不同介質(空氣、水、玻璃),觀察光線速度指示器(若有)或查詢光在不同介質中的傳播速度。

  4. 4

    記錄光在真空、空氣、水、玻璃中的傳播速度數據。

  5. 5

    思考:為什麼雷電時我們總是先看到閃電才聽到雷聲?

💡 實驗小提醒
  • 光在真空中的傳播速度最快(約 3×10⁸ m/s),進入密度較大的介質(如水、玻璃)時速度會變慢。

🧪 實驗艙(讀完左邊步驟,在這裡動手做):

phet.colorado.edu🔎 放大操作
實驗艙空白或卡卡的?點右上角「🔎 放大操作」在新分頁開啟,手機操作更順手。 (模擬介紹頁)
3

數據實驗室

小惠同學

把觀察到的結果填進格子;不知道怎麼填?按「填入範例」看看!

📏 參考範圍:相對真空的比例 約 0~100。填的數字差太多時會出現橘色提醒——再量一次看看!

介質光速(m/s)相對真空的比例觀察結果
真空
空氣
水
4

探究關卡

小欣老師

用你的觀察與數據回答問題。卡住了就按提示;先寫下想法(5 個字以上),才能解鎖參考答案喔!

探究 1觀察與定題

影子的形成與光的直進性有什麼關係?

回到實驗艙或數據表,找找看:什麼現象讓你最意外、最好奇?
試著用「我觀察到……」開頭,再問一個「為什麼」或「跟什麼有關」的問題。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

當不透明物體遮住光線時,光無法繞過物體,在其後方形成光線無法到達的區域,即影子,這證明光是沿直線行進。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

探究 2計劃與執行

什麼實驗可以驗證光的直進性?請簡單說明實驗方法。

想一想:這個實驗中你改變了什麼?哪些條件保持不變?
照著操作步驟回顧你實際做了哪些動作,把觀察到的結果寫下來。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

針孔成像實驗:光線穿過小孔時形成倒立的影像,可驗證光直線行進。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

探究 3分析與發現

光在真空中的傳播速度大約是多少?

看看你填的數據表:數字怎麼變化?有什麼規律或差異?
用「因為……所以……」把數據和背後的原因連起來。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

光在真空中的傳播速度約為3×10⁸ m/s(秒速30萬公里)。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

探究 4討論與傳達

光進入不同介質時,傳播速度會如何變化?

想想看:生活中哪裡也看得到類似的現象或應用?
試著用這一課學到的科學詞彙,把想法說清楚給同學聽。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

光進入密度較大的介質(如水、玻璃)時,傳播速度會變慢。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

5

延伸挑戰(進階,選做)

還不過癮?點開下面的挑戰卡,繼續探險!

🚀 延伸挑戰:使用JavaLab進行針孔成像模擬 ▶

前往 JavaLab 網站搜尋「針孔成像」相關模擬,觀察影像倒立的現象,並說明這與光直線傳播的關係。

javalab.org · Pinhole Camera 🔎 放大操作
實驗艙空白或卡卡的?點右上角「🔎 放大操作」在新分頁開啟。
6

反思時光

最後幾題,沉澱一下今天學到的東西!

反思 1學習反思

這次實驗後,我對光的傳播有什麼新的理解?

課本是文字和圖片,虛擬實驗多了什麼?(動手做?數據?變化?)
寫下最真實的想法就可以,反思沒有標準答案。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

雷射筆、手電筒光束皆利用光的直進性進行測距或照明,而雷電交加時先見閃電後聽雷聲,則是因為光速遠大於聲速。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

反思 2學習反思

你能舉出一個生活中應用光直進性的例子嗎(如雷射筆、手電筒光束)?

課本是文字和圖片,虛擬實驗多了什麼?(動手做?數據?變化?)
寫下最真實的想法就可以,反思沒有標準答案。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

💡 參考方向同上一題——最重要的是寫下你自己的想法!

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

🏁

自我驗證:我學會了嗎?

跑完一整輪了!現在回頭檢查——下面四件事你真的會了嗎?會就打勾;不太確定?點旁邊的按鈕回那一關再練一次。

小惠同學小欣老師
🏆 探究迴圈完成!
你剛剛做了真正的科學探究:觀察 → 實驗 → 記錄 → 分析 → 表達 → 回頭驗證。
這就是科學家的一天。幫自己鼓掌!👏