115年:眼光概要(2)

使用鏡片彎度計(n = 1.53)測量折射率1.67 的鏡片,其前弧為+2.00 D,後弧為-6.00 D,該鏡片最接近的度數為何?

A-4.00 D
B-4.50 D
C-5.00 D
D-5.50 D

詳細解析

本題觀念

本題考鏡片彎度計讀值的折射率修正,以及前、後表面屈光力如何合併。鏡片彎度計通常以校準折射率 n₀ = 1.53,把表面曲率換算成儀器讀值;若鏡片實際折射率不同,讀值不能直接當成鏡片度數,必須先依折射率比例修正。對薄鏡片而言,前、後表面屈光力可先以代數方式相加,正負號代表表面使光線會聚或發散的方向,這是本題計算的核心。

選項分析

先算修正比例:

k = (n實際−1)/(n彎度計−1) = (1.67−1)/(1.53−1) = 0.67/0.53 ≈ 1.264

彎度計兩個讀值的代數和為 +2.00 + (−6.00) = −4.00 D;修正後約為 −4.00 × 1.264 = −5.06 D。

  • A:−4.00 D,錯誤。 這只是把彎度計讀值直接相加,沒有考慮鏡片材料折射率 1.67 高於儀器設定的 1.53,因此低估了實際表面屈光力。

  • B:−4.50 D,錯誤。 折射率修正後的結果約為 −5.06 D,與 −4.50 D 有明顯差距,並非最接近的選項。

  • C:−5.00 D,正確。 修正後總屈光力約 −5.06 D,四捨五入到題目選項的精度,最接近 −5.00 D。

  • D:−5.50 D,錯誤。 修正比例約 1.264,將 −4.00 D 放大後只到約 −5.06 D,沒有達到 −5.50 D。

答案解析

也可以分別修正兩個表面。前表面為 +2.00 × 0.67/0.53 ≈ +2.53 D;後表面為 −6.00 × 0.67/0.53 ≈ −7.58 D。相加後為 +2.53 − 7.58 = −5.05 D,因中間四捨五入而與整體計算的 −5.06 D 略有差異,仍明確最接近 −5.00 D。這個計算的核心是先恢復彎度計讀值所代表的曲率,再用實際折射率換算屈光力;不能只看前後弧的數字,也不能忽略負號。故本題答案為 C(−5.00 D)

核心知識點

  1. 鏡片彎度計的讀值依賴校準折射率;實際折射率與校準值不同時,必須做比例修正。
  2. 依曲率半徑公式,修正比例為 (n實際−1)/(n彎度計−1)。本題比例為 0.67/0.53 ≈ 1.264。
  3. 薄鏡片近似下,總屈光力約等於前表面與後表面屈光力的代數和。
  4. 前弧 +2.00 D 與後弧 −6.00 D 先相加得到 −4.00 D,再乘上折射率修正比例,得到約 −5.06 D。
  5. 負的總屈光力代表鏡片整體為發散作用;計算時要保留表面屈光力正負號,不能把絕對值相加。
  6. 遇到「彎度計設定折射率」與「鏡片實際折射率」不同的題目,順序是:確認讀值、計算比例、修正各表面或代數和,最後再對照最接近的選項。

參考資料

  1. Lens Clock Calibration
  2. Lens clock
  3. Optics Review