題目
若阿利所在位置為人造海灣,其海岸線如圖(二十一)所示,箭號表示海浪移動方向
(海浪由左方的海洋平行打向右方的陸地)。
已知海浪碰到岸邊會發生反射,且遵守反射定律,
試問下列哪一個地點較容易使海浪反射後發生匯集的情形?
圖上四個位置:甲=垂直的平直海岸 乙=向海洋凸出的岬角
丙=向陸地凹入的灣澳 丁=傾斜的平直海岸
- (A) 甲
- (B) 乙
- (C) 丙 ← 正確答案
- (D) 丁
正確答案:(C)丙是「凹面」,像凹面鏡一樣把平行波反射到同一點
(原圖只拍到紅筆訂正的正解,作答欄不在畫面中,故本頁不標示當時所選答案。)
錯在哪裡
關鍵錯誤:把「海灣」和「凹面」混在一起想,或直覺覺得「凸出去的岬角會把浪擋住、擠在一起」。
波的反射和光完全一樣,判準只有一句話:
凹面(像碗的內側)→ 把平行射入的波反射到一點:匯集(聚焦)
凸面(像球的外側)→ 把平行射入的波反射得愈來愈散:發散
平面 → 平行進、平行出:不聚也不散
所以四個地點只要各貼一張標籤,答案立刻出現:
| 地點 | 形狀(從海上看過去) | 反射結果 |
| 甲 | 垂直的平直海岸 | 平面反射鏡 → 原路彈回,不匯集 |
| 乙 | 向海洋凸出的岬角 | 凸面鏡 → 發散(愈反射愈散開) |
| 丙 | 向陸地凹入的灣澳 |
凹面鏡 → 匯集到一點 ✓ |
| 丁 | 傾斜的平直海岸 | 平面反射鏡 → 整批浪偏向一邊,但仍平行,不匯集 |
「凸出去的地方浪很大」是真的,但那是因為海浪「先打到岬角」,
不是「反射後匯集」——題目問的是反射後的匯集。
正確解法
Step 1 先在圖上,站在海洋這一側看每個地點是「凹」還是「凸」
判斷口訣:把自己想成從左邊游過來的浪,看到的岸是「往內凹的碗」還是「往外鼓的球」。
乙:岸往海裡鼓出來 → 從海上看是凸面
丙:岸往陸地凹進去 → 從海上看是凹面(像一個碗口對著海)
注意:判斷凹凸一定要「從波過來的那一側」看,
從陸地那側看會剛好相反,這是最常見的翻車點。
Step 2 用反射定律實際畫兩條線(這一步一定要動筆)
反射定律:入射角 = 反射角,兩個角都從法線(垂直於岸壁的線)量起
畫法:在凹面上挑上、下各一點 → 各畫一條法線(指向圓心方向)→ 把入射的水平箭頭依「等角」反射回去。
凹面上方那一點:法線斜向下 → 反射線被往下折
凹面下方那一點:法線斜向上 → 反射線被往上折
兩條反射線一上一下,會在海面上「交」在同一個地方——這就是匯集。
同樣的畫法用在凸面(乙):兩條反射線一條往上、一條往下但方向相反,愈跑愈開 → 發散。
Step 3 把光學的模型直接搬過來(波的性質是共通的)
| 光學裡的東西 | 海岸線的對應 | 效果 |
| 凹面鏡(衛星碟形天線、手電筒反射罩) | 丙:凹入的灣澳 |
聚焦於焦點 |
| 凸面鏡(轉角廣角鏡、公車後照鏡) | 乙:凸出的岬角 |
發散,視野變廣 |
| 平面鏡 | 甲、丁:平直海岸 | 原樣反射,不聚不散 |
記憶連結:碟形天線是「凹」的,因為它要把電波「集中」到中間那顆接收頭。
要匯集,就要凹面。
Step 4 為什麼 (D) 丁不行?(傾斜 ≠ 匯集)
丁只是一段「斜的直線」。
平行波打到同一個平面 → 每一點的法線方向都一樣 → 反射線也全部平行
整批浪會整齊地偏向某一邊,但彼此永遠不相交,所以不會匯集。
要匯集,法線方向必須「一點一點慢慢轉」——那只有曲面才做得到。
這也是判斷的最快方法:只要那一段是直的,不管斜不斜,都不可能聚焦。
所以甲、丁可以先一起刪掉,只在乙、丙之間二選一。
要記住的觀念
- 波(光、聲、水波)遇到反射面的三種結果,背成一句話:
凹面聚、凸面散、平面不變。
這一句可以直接用在海浪、回音、探照燈、衛星天線上。
- 判斷凹凸,一定要站在「波過來的那一側」看。
丙從海上看是凹(碗口對著海)→ 聚焦。
從陸地看剛好相反,看錯邊答案就會反過來。
- 直線段(不管垂直還是傾斜)永遠不會匯集。
所以第一步先把「直的」全部刪掉(本題刪甲、丁),
剩下的曲面再判凹凸——兩步就能解完。
- 反射定律的角度是從「法線」量的,不是從岸壁量的。
畫圖時先畫法線(垂直於該點的岸壁),再畫等角的反射線。
不畫法線就容易把方向畫反。
- 「浪大」和「反射後匯集」是兩件事。
岬角(凸出處)浪打得最猛,是因為它最先擋到浪;
但反射後它是把浪打散的。
看清楚題目問的是哪一件事。
類題自我檢測
某演藝廳想讓舞台上的聲音「集中送到觀眾席中央的貴賓區」,
下列哪一種設計最能達成?
(A) 在舞台後方裝一片平面的木牆
(B) 在舞台後方裝一面向舞台凹入的弧形牆
(C) 在舞台後方裝一面向舞台凸出的弧形牆
(D) 把舞台後方的牆斜著擺
看解答
(B)。聲音也是波,一樣遵守反射定律,判準完全相同:
從聲音過來的那一側看是「凹面」,才能把聲波集中到一點。
(A)(D) 是平面(斜的也是平面)→ 只會整批偏向某一邊,不會集中;
(C) 凸面 → 把聲音散開(所以音樂廳的擴散板反而做成凸面或不規則面,
目的是讓聲音均勻散布、避免回音集中)。
「凹面聚、凸面散、平面不變」一句話通吃光、聲、水波。
我的原始作答
這張圖是直立的海岸線(海在左、陸在右),
和課本上「凹面鏡開口朝左」的標準圖轉了 90 度,
所以很容易把凹凸看反,或把「海灣」直覺當成凸出的地方。
建議固定動作(兩筆):
① 先把直的那幾段(甲、丁)打叉刪掉
② 在剩下的曲面上,各畫一條法線,看法線是「往內收」還是「往外開」
法線往內收(交會)=凹面=匯集;法線往外開=凸面=發散。
本錯題本第 3 冊光學題(3-0806-02/03/04)的共同解方也是同一句:
先寫下形狀與方向,再對照表格,不要憑印象。
複習標記
看完這一頁順手標一下,紀錄會同步到總覽頁——
標「有把握」的會被劃掉,標「有疑問」的會被標成琥珀色,可以用「只看有疑問的」單獨叫出來。
再按一次同一顆按鈕就取消。紀錄存在這台裝置的瀏覽器裡。
還沒標記