109年:視覺光學(1)

某甲在游泳中未配戴蛙鏡,假設在空氣中角膜前表面屈光力為+48.83 D,在水中時,角膜直接接觸水的情況下,角膜前表面的屈光力應為何?(角膜折射率=1.376,水的折射率1.333)

A+42.00 D
B+32.00 D
C+5.58 D
D-0.29 D

詳細解析

本題觀念:

本題考查角膜前表面在不同介質中的屈光力計算。角膜前表面的屈光力取決於兩側介質的折射率差(n2n1n_2 - n_1)與角膜曲率半徑。在空氣中,角膜前表面提供眼睛最大比例的屈光力(約 43-49 D);但在水中,由於水的折射率(n=1.333n=1.333)非常接近角膜的折射率(n=1.376n=1.376),折射率差大幅縮小,角膜屈光力隨之驟降。

選項分析

已知條件:

  • 空氣中角膜前表面屈光力:Fair=+48.83F_{air} = +48.83 D
  • 角膜折射率:ncornea=1.376n_{cornea} = 1.376
  • 水的折射率:nwater=1.333n_{water} = 1.333

計算角膜曲率半徑:

在空氣中(n1=1.0n_1 = 1.0n2=ncornea=1.376n_2 = n_{cornea} = 1.376): Fair=ncorneanairr=1.3761.0rF_{air} = \frac{n_{cornea} - n_{air}}{r} = \frac{1.376 - 1.0}{r}

求解 rrr=ncornea1Fair=0.37648.83=0.007700 m=7.70 mmr = \frac{n_{cornea} - 1}{F_{air}} = \frac{0.376}{48.83} = 0.007700\text{ m} = 7.70\text{ mm}

(此值即正常人角膜前表面曲率半徑約 7.7 mm,符合解剖數據。)

計算在水中的角膜前表面屈光力:

在水中($n_1 = n_{water}

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