107年:視覺光學(2)

隔著 5 cm厚的平板玻璃( n=1.5)從正上方閱讀玻璃下方的文字,則看起來文字的深度及大小為何?

A3.3 cm,放大
B3.3 cm,一樣大
C5 cm,放大
D5 cm,一樣大

詳細解析

本題觀念:

本題考查光線通過平板玻璃(flat glass slab)時的視深(apparent depth)側向放大率(lateral magnification)。關鍵公式為:視深 = 實際深度 ÷ 折射率(n);對於平行平面的平板玻璃,從正上方垂直觀察時,側向大小不變(放大率 = 1)。

選項分析

已知條件:

  • 玻璃厚度(實際深度):t=5 cmt = 5\text{ cm}
  • 折射率:n=1.5n = 1.5
  • 觀察方向:從正上方垂直(normal incidence)

Step 1:計算視深(apparent depth)

當光線由光密介質(玻璃,n=1.5)進入光疏介質(空氣,n=1.0),垂直觀察時: dapparent=tn=5 cm1.5=3.33 cmd_{apparent} = \frac{t}{n} = \frac{5\text{ cm}}{1.5} = 3.33\text{ cm}

文字看起來比實際位置淺(近),即視深 3.33 cm < 實際深度 5 cm。

Step 2:判斷側向放大率

對於平行平面的平板玻璃,從正上方垂直觀察(paraxial, normal incidence):

  • 折射只發生在垂直方向(深度方向),使物體「顯淺」
  • 側向(水平)方向沒有屈折效果,物體側向尺寸不改變
  • 側向放大率(lateral

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