106年:視覺光學(3)

一個 6 cm厚的高折射率( n=1.7)透鏡,前表面屈光力 +4.00 D,後表面屈光力 -16.00 D ,一個高 18 mm的物體,位於透鏡前表面 14 cm處,其成像為:

A放大且正立
B放大且倒立
C縮小且正立
D縮小且倒立

詳細解析

本題觀念:

本題考查**厚透鏡(thick lens)的逐步折射(step-by-step refraction)**計算。厚透鏡需分兩個折射面依序計算,中間穿越鏡片的光路需考慮「簡化厚度(reduced thickness)」,最終求得像的位置與放大率(magnification)。

選項分析

已知條件

  • 厚度:t=6t = 6 cm =0.06= 0.06 m
  • 鏡片折射率:n=1.7n = 1.7
  • 前表面屈光力:F1=+4.00F_1 = +4.00 D
  • 後表面屈光力:F2=16.00F_2 = -16.00 D
  • 物高:h=18h = 18 mm
  • 物體至前表面距離:l=14l = 14 cm(物在前表面左側)

Step 1:前表面折射(空氣 \to 玻璃)

使用折射球面公式 n2vn1u=F\frac{n_2}{v} - \frac{n_1}{u} = F1.7v11.0(0.14)=+4.00\frac{1.7}{v_1} - \frac{1.0}{(-0.14)} = +4.00 1.7v1+7.143=4.00\frac{1.7}{v_1} + 7.143 = 4.00 1.7v1=3.143\frac{1.7}{v_1} = -3.143 v1=1.73.143=0.5409 m=54.09 cmv_1 = \frac{1.7}{-3.143} = -0.5409 \text{ m} = -54.09 \text{ cm}

v1v_1 為負值:前表面形成的中間像在前表面*

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