109年:視覺光學(1)

兩薄鏡片置於空氣中,一物體放置於第一片鏡片+5.00 D的鏡片前40公分,第二片鏡片-13.00 D位於第一片鏡片後方20公分,有關最後影像的敘述何者正確?

A像在第二片鏡片前,為放大實像
B像在第二片鏡片前,為縮小虛像
C像在第二片鏡片後,為放大虛像
D像在第二片鏡片後,為縮小實像

詳細解析

本題觀念:

本題考查兩薄鏡片系統的成像,使用「聚散度逐步傳遞法(vergence step-along method)」計算物體經過兩片分離薄鏡片後的最終影像位置、性質(實/虛像)及大小(放大/縮小)。

選項分析

系統設置:

  • 鏡片 L₁:+5.00 D,物體在 L₁ 前 40 cm
  • 鏡片 L₂:−13.00 D,位於 L₁ 後方 20 cm

第一步:物體通過 L₁ 成像

入射至 L₁ 的聚散度(物在 L₁ 前 40 cm = 0.40 m,為發散光): L1in=10.40=2.50 DL_1^{in} = \frac{1}{-0.40} = -2.50\text{ D}

離開 L₁ 的聚散度: L1out=L1in+F1=2.50+5.00=+2.50 DL_1^{out} = L_1^{in} + F_1 = -2.50 + 5.00 = +2.50\text{ D}

中間像的位置:v1=1/2.50=+0.40 m=+40 cmv_1 = 1/2.50 = +0.40\text{ m} = +40\text{ cm}(L₁ 後方 40 cm,為實像

第二步:光線傳播至 L₂(距離 20 cm = 0.20 m)

中間像在 L₁ 後 40 cm,但 L₂ 在 L₁ 後 20 cm。因此光線到達 L₂ 時,距離中間像還有 40 − 20 = 20 cm,光線仍然是收斂的(尚未到達焦點)。

到達 L₂ 時的聚散度:

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