113年:視覺光學

在空氣中的一個雙凸厚透鏡,其前表面屈光力為+2 D,後表面屈光力為+5D,透鏡折射率為1.6,等效屈光力為+6.875 D ,則透鏡的厚度為何?

A2 cm
B3 cm
C4 cm
D5 cm

詳細解析

本題觀念:

本題考查厚透鏡(thick lens)的等效屈光力(equivalent power)公式,又稱 Gullstrand 方程式(Gullstrand's equation)。與薄透鏡不同,厚透鏡必須考慮透鏡厚度(t)與折射率(n)的影響。

選項分析

本題為計算題,給定條件如下:

  • 前表面屈光力 P1=+2P_1 = +2 D
  • 後表面屈光力 P2=+5P_2 = +5 D
  • 透鏡折射率 n=1.6n = 1.6
  • 等效屈光力 Peq=+6.875P_{eq} = +6.875 D
  • 求透鏡厚度 t=?t = ?

Gullstrand 方程式

Peq=P1+P2tnP1P2P_{eq} = P_1 + P_2 - \frac{t}{n} \cdot P_1 \cdot P_2

代入已知數值:

6.875=2+5t1.6×2×56.875 = 2 + 5 - \frac{t}{1.6} \times 2 \times 5

6.875=710t1.66.875 = 7 - \frac{10t}{1.6}

10t1.6=76.875=0.125\frac{10t}{1.6} = 7 - 6.875 = 0.125

t=0.125×1.610=0.210=0.02 m=2 cmt = \frac{0.125 \times 1.6}{10} = \frac{0.2}{10} = 0.02 \text{ m} = 2 \text{ cm}

(A) 2 cm — ✅ 正確,計算結果為 t=0.02t = 0.02

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