108年:視覺光學(2)

有關光線經過透鏡行進的聚散度( vergence)的敘述,下列何者錯誤?

A當一個透鏡放置在一個物體附近,越遠離物體,其收集到的光線越不分岐
B透鏡越靠近成像位置,光線越聚合
C聚散度與透鏡與物體的距離成正比
D光線行進隨著與物體與成像位置的不同,其聚散度會改變

詳細解析

本題觀念:

光線聚散度(vergence)與透鏡光學基本原理

聚散度(vergence)是描述光波前曲率的物理量,公式為 V=ndV = \frac{n}{d},其中 nn 為介質折射率,dd 為與光源或像點的距離(單位:公尺)。聚散度的單位為屈光度(diopter, D)。發散光線的聚散度為負值,收斂光線為正值。

選項分析

(A) 「當一個透鏡放置在一個物體附近,越遠離物體,其收集到的光線越不分岐」

正確陳述:由公式 V=ndV = \frac{n}{d} 可知,距離物體越遠(d 增大),聚散度的絕對值越小,意即光線發散程度降低(越不分岐)。這是因為光線從點光源出發後,隨距離增加而逐漸趨近平行。

(B) 「透鏡越靠近成像位置,光線越聚合」

正確陳述:光線趨近成像點(像點)時,其收斂程度越強(聚散度正值越大),透鏡越靠近成像位置,收集到的光線聚合度越高。

(C) 「聚散度與透鏡與物體的距離成正比」

錯誤陳述(本題答案)V=ndV = \frac{n}{d},聚散度與距離成反比(inversely proportional),而非正比。距離越大,聚散度越小(光線越趨近平行);距離越近,聚散度絕對值越大(光線越發散)。「成正比」的說法完全相反。

(D) 「光線行進隨著與物體與成像位置

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