109年:眼光概要(2)

天空的雲看起來是白色的,主要是因為下列何種原因?

A漫反射
B雷利散射(Rayleigh scattering )
C米氏散射(Mie scattering )
D折射

詳細解析

本題觀念:

大氣中光的散射(scattering)機制。天空的蔚藍色與雲朵的白色,分別由不同尺寸的粒子造成兩種不同的散射現象:雷利散射(Rayleigh scattering)與米氏散射(Mie scattering)。

選項分析

(A) 漫反射:漫反射(diffuse reflection)是光線碰到粗糙表面後往各方向均勻反射的現象,如紙張、牆壁呈白色。此機制不適用於描述懸浮在空中的雲朵。❌

(B) 雷利散射(Rayleigh scattering):發生在粒子尺寸遠小於光的波長時(如氮分子、氧分子,直徑約 0.3 nm,遠小於可見光波長 400–700 nm)。雷利散射的強度與波長的四次方成反比(I1/λ4I \propto 1/\lambda^4),因此短波長(藍光)散射遠強於長波長(紅光),造成天空呈藍色。此機制無法解釋雲的白色。❌

(C) 米氏散射(Mie scattering):發生在粒子尺寸與光的波長相當或更大時。雲朵由微小水滴或冰晶構成,直徑約 10–100 μm,遠大於可見光波長,符合 Mie 散射條件。Mie 散射的特性是對所有波長的散射強度幾乎相同,因此所有波長的可見光(紅橙黃綠藍靛紫)均等散射,混合後呈現白色,這正是雲朵看起來白色的原因。✅

(D) 折射:折射(ref

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