106年:視覺光學(3)

已知角膜前表面在空氣中的屈光力為 48.83 D,如果此人去游泳,角膜浸在水中,此時角膜前表面的屈光力為何?(角膜的折射率為 1.376,水的折射率為 1.333,空氣的折射率為 1.0)

A+42.0 D
B+32.0 D
C+5.58 D
D-0.29 D

詳細解析

本題觀念:

本題考查球面折射面(spherical refracting surface)的屈光力公式,以及當介質改變(由空氣改為水)時,角膜前表面屈光力的計算。核心公式為:

P=n2n1rP = \frac{n_2 - n_1}{r}

其中 n1n_1 為入射側介質折射率,n2n_2 為出射側介質折射率,rr 為曲率半徑(單位:公尺)。

選項分析

計算前的推導:

已知角膜前表面在空氣中(n1=1.0n_1 = 1.0n2=1.376n_2 = 1.376)的屈光力為 48.83 D,先求曲率半徑 rr

Pair=ncorneanairr=1.3761.0r=0.376r=48.83 DP_{air} = \frac{n_{cornea} - n_{air}}{r} = \frac{1.376 - 1.0}{r} = \frac{0.376}{r} = 48.83\text{ D}

r=0.37648.830.007701 m7.701 mmr = \frac{0.376}{48.83} \approx 0.007701\text{ m} \approx 7.701\text{ mm}

(這與正常角膜曲率半徑 ~7.7 mm 完全吻合,驗證計算無誤。)

游泳時(n1=nwater=1.333n_1 = n_{water} = 1.333n2=ncornea=1.376n_2 = n_{cornea} = 1.376r=0.007701 mr = 0.007701\text{ m}):

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