107年:視覺光學(2)

承上題【光線由左至右進入一球面(曲率半徑為 +5 cm)的厚大玻璃物體( n=1.5),一物高 16 cm位於該玻璃物體前方 50 cm處,其成像位置在玻璃物體的何處?】,請問成像高度為多少 cm?

A4 cm
B8 cm
C32 cm
D64 cm

詳細解析

本題觀念:

本題考查光線通過單一球面折射後的**側向放大率(lateral magnification)**計算。「承上題」設定為:光線由左至右進入球面(曲率半徑 R = +5 cm)的厚玻璃(n = 1.5),物高 16 cm,物位於玻璃前方 50 cm 處。

選項分析

首先回顧單一球面折射的基本公式。依 Cartesian 符號規定:物在左方,u = −50 cm;n₁ = 1(空氣),n₂ = 1.5(玻璃),R = +5 cm。

Step 1:求像距 v

n2vn1u=n2n1R\frac{n_2}{v} - \frac{n_1}{u} = \frac{n_2 - n_1}{R}

1.5v150=1.515=0.55=0.1\frac{1.5}{v} - \frac{1}{-50} = \frac{1.5 - 1}{5} = \frac{0.5}{5} = 0.1

1.5v+0.02=0.1    1.5v=0.08    v=1.50.08=18.75 cm\frac{1.5}{v} + 0.02 = 0.1 \implies \frac{1.5}{v} = 0.08 \implies v = \frac{1.5}{0.08} = 18.75 \text{ cm}

即像在玻璃內部距球面 18.75 cm 處(實像)。

Step 2:求側向放大率 m

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