107年:視覺光學(1)

一雙凹薄透鏡,折射率為 1.5,其前後表面的曲率半徑分別為 20 cm與50 cm,此透鏡的屈光力為多少?

A+5.0 D
B-5.0 D
C+3.5 D
D-3.5 D

詳細解析

本題觀念:

本題考查薄透鏡製作者方程式(lensmaker's equation)的應用,計算雙凹(biconcave)薄透鏡的總屈光力。重點是正確掌握曲率半徑的符號規則(笛卡爾符號約定)。

薄透鏡製作者方程式

P=(n1)(1R11R2)P = (n - 1)\left(\frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2}\right)

其中:

  • PP = 透鏡屈光力(Diopter, D)
  • nn = 透鏡折射率(鏡片在空氣中,nair=1n_{air} = 1
  • R1R_1 = 第一面(前面)曲率半徑
  • R2R_2 = 第二面(後面)曲率半徑

笛卡爾符號規則(以光線由左向右入射)

  • 曲率中心在頂點右側(後方):R>0R > 0
  • 曲率中心在頂點左側(前方):R<0R < 0

雙凹鏡片的符號分析

雙凹(biconcave)鏡片兩個表面均向中心凹入:

  • 第一面(前面):表面凹向入射光,曲率中心在鏡片前方(左側)→ R1<0R_1 < 0 R1=20cm=0.20mR_1 = -20\,\text{cm} = -0.20\,\text{m}

  • 第二面(後面):表面凹向出射光,曲率中心在鏡片前方(左側)→ R2>0R_2 > 0(按笛卡爾,曲率中心在後面頂點的左側,即右側的相反,故 R2>0R_2 > 0

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