109年:視覺光學(2)

有關放置於空氣中+20.00 D 的會聚透鏡,下列敘述何者錯誤?

A物體在透鏡前3公分處,影像相對於物體是放大正立虛像
B物體在透鏡前8公分處,影像相對於物體是放大倒立實像
C物體在透鏡前10公分處,影像相對於物體是相等大小的倒立實像
D物體在透鏡前12公分處,影像相對於物體是放大倒立實像

詳細解析

本題觀念:

本題考查會聚透鏡(凸透鏡)的成像規律。+20.00 D 的會聚透鏡焦距為:

f=1P=120 m=5 cmf = \frac{1}{P} = \frac{1}{20} \text{ m} = 5 \text{ cm}

根據薄透鏡公式(thin lens equation): 1f=1do+1di\frac{1}{f} = \frac{1}{d_o} + \frac{1}{d_i}

其中 dod_o 為物距(以透鏡前為正),did_i 為像距(透鏡後為正),放大率 m=didom = -\frac{d_i}{d_o}

選項分析

以下逐一代入公式,驗證各選項(此題問「何者錯誤」,用 ✅ 標記正確陳述,❌ 標記錯誤陳述):

(A) 物距 do=3d_o = 3 cm(小於焦距 5 cm,物在焦點內): 1di=1513=3515=215di=7.5 cm\frac{1}{d_i} = \frac{1}{5} - \frac{1}{3} = \frac{3-5}{15} = -\frac{2}{15} \Rightarrow d_i = -7.5 \text{ cm} did_i 為負 → 虛像(與物同側)。放大率 m=7.53=+2.5m = -\frac{-7.5}{3} = +2.5(正值 → 正立;大於1 → 放大)。 → 放大、正立、虛像。✅ 選項A正確

(B) 物距 do=8d_o = 8 cm(大於焦距 5 cm):

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