109年:視覺光學(2)

空氣中有一個左端為凸球面之塑膠長棒,曲率半徑為8公分,折射率為1.5,假設一3公分高的物體放置於球面左端30公分。下列敘述何者錯誤?

A物的聚散度為-3.33 D
B球面度數為+6.25 D
C像在球面右方34.2公分處
D是一個放大倒立實像

詳細解析

本題觀念:

本題為反向題(問「何者錯誤」),考查單一折射球面(single refracting spherical surface)的光學計算,包含:物的聚散度(vergence)、球面度數(surface power)、像距計算,以及像的性質判斷。需運用折射球面公式與聚散度(vergence)方法。

選項分析

已知條件:

  • 介質1(左側,空氣):n1=1.0n_1 = 1.0
  • 介質2(右側,塑膠):n2=1.5n_2 = 1.5
  • 球面曲率半徑:R=+8 cmR = +8\text{ cm}(左端為凸球面,中心在塑膠側,R>0R > 0
  • 物體在球面左側 30 公分:do=30 cmd_o = -30\text{ cm}(採用光線向右行進為正方向的符號慣例)
  • 物高:3 公分

折射球面公式(single refracting surface equation): n2vn1u=n2n1R\frac{n_2}{v} - \frac{n_1}{u} = \frac{n_2 - n_1}{R}

其中 u=30 cmu = -30\text{ cm}(物在左),R=+8 cmR = +8\text{ cm}(凸球面向左)。


驗算各選項:

(A) 物的聚散度為 −3.33 D ✅ → 正確陳述。物的聚散度(vergence of object, UU):

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