107年:視覺光學(1)

用一個 +30.00 D 的凸透鏡看報紙,若放在距離報紙 2 cm處,其成像位置為何?

A與報紙在鏡片的同側,距離鏡片 5 cm
B與報紙在鏡片的同側,距離鏡片 10 cm
C與報紙在鏡片的對側,距離鏡片 5 cm
D與報紙在鏡片的對側,距離鏡片 10 cm

詳細解析

本題觀念:

本題考查**薄透鏡成像公式(thin lens equation)**的應用。當物體置於凸透鏡焦距內(物距 < 焦距)時,所成的像為虛像,位於與物體同側。本題中 +30.00 D 凸透鏡焦距僅約 3.33 cm,而物距為 2 cm(小於焦距),故成虛像。

選項分析

推導過程(使用屈光力形式)

已知條件:

  • 透鏡屈光力:F=+30.00F = +30.00 D
  • 焦距:f=1F=1300.0333f = \frac{1}{F} = \frac{1}{30} \approx 0.0333 m =3.33= 3.33 cm
  • 物距:u=2u = -2 cm =0.02= -0.02 m(採用符號約定:物在透鏡左側,物距為負)

薄透鏡公式: 1v1u=F\frac{1}{v} - \frac{1}{u} = F

1v=F+1u=30+10.02=3050=20 D\frac{1}{v} = F + \frac{1}{u} = 30 + \frac{1}{-0.02} = 30 - 50 = -20 \text{ D}

v=120=0.05 m=5 cmv = \frac{1}{-20} = -0.05 \text{ m} = -5 \text{ cm}

解讀符號vv 為負值,表示像位於透鏡的同側(與物體同側),即像在報紙那一側,距透鏡 5 cm 處,為虛像(virtual image)

**(A) 與報紙在鏡片的同側,距離鏡

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