113年:視覺光學

下列為未鍍膜光學透鏡在空氣中之表面反射率,其光線在那個透鏡的行進速度最快?

A4%
B5.3%
C6.7%
D8.2%

詳細解析

本題觀念:

未鍍膜光學透鏡的表面反射率(surface reflectance)與折射率(refractive index, n)的關係,以及折射率與光速的關係。

選項分析

題目給出四個未鍍膜透鏡的表面反射率,詢問光線在哪個透鏡中行進速度最快。

關鍵公式:

  • Fresnel 方程式(垂直入射)R=(n1n+1)2R = \left(\dfrac{n-1}{n+1}\right)^2,由此可得 nn
  • 折射率與光速n=cvn = \dfrac{c}{v},n 越小 → v 越大

反射率越低 → 折射率越低 → 光速越快。因此反射率最低(4%)的透鏡,光速最快。

各選項反推折射率:

(A) R = 4% = 0.04

0.04=(n1n+1)2n1n+1=0.2n=1.50.04 = \left(\frac{n-1}{n+1}\right)^2 \Rightarrow \frac{n-1}{n+1} = 0.2 \Rightarrow n = 1.5

(B) R = 5.3% = 0.053

n1n+1=0.0530.230n1.60\frac{n-1}{n+1} = \sqrt{0.053} \approx 0.230 \Rightarrow n \approx 1.60

(C) R = 6.7% = 0.067

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