矯正近視:發散鏡片的實際運作原理
1·預測
近視眼的發散矯正鏡片(此處 f = -70 公分)旨在使遠處的物體看起來位於眼睛的遠點。無論實際物體距離有多遠,這是否都以相同的方式工作?
- 虛像距離根據真實物距變化很大,即使對於遠處的物體也是如此。
- 是的 - 對於任何足夠遠的物體,發散透鏡都會形成非常接近其自身焦點(靠近遠點)的虛像,無論確切的真實距離如何。
- 校正鏡頭根本不會改變有效影像距離。
2·設定
- 開啟 myopia-corrected 預設並按下 Reset。矯正發散鏡片的 f = -70 cm,與眼睛的遠點相符。
- 啟用矯正透鏡的像距讀數。
- 設定每次試驗的真實物距(均相當遠)並記錄校正鏡頭形成的虛像距離。
3·收集數據
| 真實物距d_o (cm) | 校正鏡頭像距d_i (cm) |
|---|---|
| 30.00 | |
| 60.00 | |
| 100.00 |
針對三次試驗,繪製像距d_i(Y軸)相對物距d_o(x軸)的關係圖。d_i 是否正在趨近於透鏡的焦距(−70 cm,眼睛的遠點)?在光具座允許的範圍內,它能接近到什麼程度?
4·分析
- 對於一次試驗,使用 f = −70 cm 從 1/f = 1/d_o + 1/d_i 計算 d_i。與表比較。
- 請解釋為什麼當d_o變得非常大時,d_i會趨近於f(= −70 cm)——這意味著矯正透鏡會在眼睛自身的遠點處形成虛像,讓眼睛改為正常聚焦在這個像上,而不是真實(過遠)的物體上。
5·擴展
- 這是矯正鏡片背後的實際機制:它們不會改變眼睛自己的水晶體的作用——它們會保持光線,以便眼睛在已經可以聚焦的距離處「看到」矯正後的影像。解釋為什麼這意味著矯正鏡片與眼睛自身的光學元件一起工作而不是替換它們。
- 將本實驗固定的f = −70 cm,與myopia實驗中遠點 = 70 cm時的矯正度數計算(P = −100/70 ≈ −1.43 D,因此f = 1/P ≈ −70 cm)進行比較。請確認這是同一片透鏡,只是用兩種不同方式(焦距與屈光度)描述。
這個實驗背後的物理原理
矯正鏡片如何重新導向光線
f 等於眼睛遠點(負數)的發散矯正鏡片可在該遠點(或非常近的地方)對任何足夠遠的物體成像,這正是近視眼仍然可以聚焦的地方,使其看得清楚。