114年:視覺光學

一+5.00 D透鏡位於-2.00 D透鏡前15公分處,若有一個實物體(real object )位於+5.00 D透鏡前40公分處,其影像位在第二片透鏡(-2.00 D)後幾公分?

A26.17
B40
C50
D200

詳細解析

本題觀念:

本題考查雙透鏡系統的成像計算(two-lens system imaging)。解題關鍵是「逐步折射法(step-along vergence method)」:第一片透鏡的像成為第二片透鏡的(虛)物,依序套用薄透鏡公式 1v1u=F\frac{1}{v} - \frac{1}{u} = F(或以入射/出射vergence表達),最終求得第二片透鏡後的像距。

選項分析

本題為計算題,無需逐一評對錯;以下呈現完整演算步驟,最後對應各選項。

第一步:處理 L₁(+5.00 D 透鏡)

實物位於 L₁ 前 40 cm,即物距 u1=0.40 mu_1 = -0.40\text{ m}(實物取負號,光從左向右入射)。

入射 vergence: Vin1=nu1=10.40=2.50 DV_{in1} = \frac{n}{u_1} = \frac{1}{-0.40} = -2.50\text{ D}

出射 vergence(薄透鏡加光焦度): Vout1=Vin1+F1=2.50+5.00=+2.50 DV_{out1} = V_{in1} + F_1 = -2.50 + 5.00 = +2.50\text{ D}

L₁ 後方像距: v1=1Vout1=12.50=0.40 m=40 cm(L₁右側)v_1 = \frac{1}{V_{out1}} = \frac{1}{2.50} = 0.40\text{ m} = 40\text{ cm(L₁右側)}

第二步:求 L₂ 的物距

L₂

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