矫正近视:发散镜片的实际工作原理
1·预测
近视眼的发散矫正镜片(此处 f = -70 厘米)旨在使远处的物体看起来位于眼睛的远点。无论实际物体距离有多远,这是否都以相同的方式工作?
- 虚像距离根据真实物距变化很大,即使对于远处的物体也是如此。
- 是的 - 对于任何足够远的物体,发散透镜都会形成非常接近其自身焦点(靠近远点)的虚像,无论确切的真实距离如何。
- 校正透镜根本不会改变有效图像距离。
2·设置
- 打开「矫正近视:发散镜片的实际工作原理(myopia-corrected)」预设并按重置。矫正发散镜片的 f = -70 cm,与眼睛的远点相匹配。
- 启用矫正透镜的像距读数。
- 设置每次试验的真实物距(均相当远)并记录校正透镜形成的虚像距离。
3·收集数据
| 真实物距d_o (cm) | 校正透镜像距d_i (cm) |
|---|---|
| 30.00 | |
| 60.00 | |
| 100.00 |
针对三次试验,绘制像距d_i(y轴)相对物距d_o(x轴)的关系图。d_i 是否正在趋近于透镜的焦距(−70 cm,眼睛的远点)?在光具座允许的范围内,它能接近到什么程度?
4·分析
- 对于一次试验,使用 f = −70 cm 从 1/f = 1/d_o + 1/d_i 计算 d_i。与表比较。
- 请解释为什么当d_o变得非常大时,d_i会趋近于f(= −70 cm)——这意味着矫正透镜会在眼睛自身的远点处形成虚像,让眼睛改为正常聚焦在这个像上,而不是真实(过远)的物体上。
5·扩展
- 这是矫正镜片背后的实际机制:它们不会改变眼睛自己的晶状体的作用——它们会保持光线,以便眼睛在已经可以聚焦的距离处“看到”矫正后的图像。解释为什么这意味着矫正镜片与眼睛自身的光学器件一起工作而不是替换它们。
- 将本实验固定的f = −70 cm,与myopia实验中远点 = 70 cm时的矫正度数计算(P = −100/70 ≈ −1.43 D,因此f = 1/P ≈ −70 cm)进行比较。请确认这是同一片透镜,只是用两种不同方式(焦距与屈光度)描述。
这个实验背后的物理原理
矫正镜片如何重定向光线
f 等于眼睛远点(负数)的发散矫正镜片可在该远点(或非常近的地方)对任何足够远的物体成像,这正是近视眼仍然可以聚焦的地方,使其看得清楚。