以模型眼計算眼角膜屈光力,假設角膜前表面曲率半徑為7.7 mm,後表面的曲率半徑為6.6 mm,空氣折射率為1.0,角膜介質折射率為1.3376,房水介質折射率為1.336。則角膜的屈光力約為多少?
詳細解析
本題觀念
本題考查角膜前、後表面各自產生的屈光力,以及如何把兩個表面的效果合併。單一球面折射面的屈光力可用 D = (n₂ − n₁)/r 計算;其中折射率差越大、曲率半徑越小,屈光力的絕對值越大。角膜前表面是空氣進入角膜,折射率差很大,因此提供主要的正屈光力;後表面是角膜進入房水,兩者折射率非常接近,所以只產生小幅度的負向修正。
計算時半徑必須換成公尺,且後表面要依光線由角膜進入房水的方向採用負號。先算前表面,再扣除後表面,就能得到模型眼角膜的總屈光力。
選項分析
A. 45.60 D:錯誤。
前表面屈光力為 (1.3376 − 1.000) ÷ 0.0077 ≈ 43.84 D。後表面修正約 0.24 D,而且方向是扣除,因此合計約 43.60 D,不會高於前表面而成為 45.60 D。
B. 43.60 D:正確。
前表面提供約 +43.84 D,後表面提供約 −0.24 D,總屈光力為 +43.84 − 0.24 = +43.60 D。這個結果也符合角膜通常約提供 43 D 屈光力的量級,故 B 正確。
C. 41.60 D:錯誤。
後表面的折射率差只有 1.3376 − 1.336 = 0.0016,除以 0.0066 m 後僅約 0.24 D。它不可能讓前表面約 43.84 D 大幅降低 2.24 D,因此 41.60 D 不符合數值。
D. 38.60 D:錯誤。
前表面單獨就已經約為 43.84 D,D 比這個值還低 5.24 D;題目給的後表面折射率差很小,沒有足以造成如此大的扣除量。若忽略前表面的主要作用,才可能誤選這個數值。
答案解析
將兩個表面的資料分開代入:
- 前表面:F₁ = (1.3376 − 1.000) ÷ 0.0077 = 43.844 D。
- 後表面:F₂ = −(1.3376 − 1.336) ÷ 0.0066 = −0.242 D。
- 角膜總屈光力:F = F₁ + F₂ = 43.844 − 0.242 = +43.602 D。
四捨五入至小數點後一位為 +43.6 D,對應選項 B。這題最容易錯在後表面符號與毫米換算:半徑 7.7 mm 必須寫成 0.0077 m;若直接用 7.7 代入,數值會小很多。另一個判斷重點是,空氣—角膜的折射率差遠大於角膜—房水,所以前表面是主要屈光來源。答案為 B。
核心知識點
- **球面折射面公式:**D = (n₂ − n₁)/r,r 必須以公尺計算,結果單位為屈光度。
- **角膜前表面:**空氣折射率 1.000、角膜折射率 1.3376,折射率差大,產生約 +43.84 D。
- **角膜後表面:**角膜與房水折射率分別為 1.3376 與 1.336,差值僅 0.0016,產生約 −0.24 D 的小修正。
- **符號判斷:**光線由角膜進入房水時,後表面在本題的模型與方向約定下為負屈光力;總角膜屈光力是前表面加上後表面,而不是兩個絕對值相加。
- **數量級檢查:**角膜總屈光力約 43 D;若算出 38 D、41 D 或 45 D,應回頭檢查折射率差、半徑單位與後表面符號。