中学1年生の理科では、「凸レンズ」を使って実像や虚像を学びますが、作図や焦点の位置関係が分かりにくいと感じる人も多い単元です。「実像と虚像ってどう違うの?」「物体とレンズの距離が変わると像はどうなるの?」といった疑問に答えるために、この記事では基本のポイントを図解を交えてやさしく解説します。テスト頻出の作図問題にも対応できるように、重要事項をしっかりおさえましょう!
凸レンズと光の進み方
- 凸レンズは、光を屈折させて集めるはたらきがあります。
- 焦点は、凸レンズの軸(光軸)に平行な光が凸レンズで屈折して集まる点。焦点は凸レンズをはさんで等しい距離に2点ある。
- 焦点距離は、凸レンズの中心から焦点までの距離。
凸レンズを通る光の進み方
- 光軸に入って平行に入った光→焦点を通る
- レンズの中心を通る光→向きを変えずに直進する。
- 焦点を通ってレンズに入った光→光軸に平行に進む。
凸レンズでできる像の実験
凸レンズによる像のでき方を調べる
<手順>
- 装置をつくり、光源を端において、像ができるようにスクリーンを動かす。
- 光源の位置をレンズに少しずつ近づけ、像ができる位置を調べる。
- スクリーンに像が出来ないときは、光源の反対側から凸レンズを通し像を見る。
<結果>
像の大きさ | 凸レンズと光源の距離 | 凸レンズと像の距離 | 像の向き |
---|---|---|---|
実物より小さい像 | 焦点距離の2倍より遠い | 焦点距離の2倍の位置と焦点の間 | 上下・左右逆向き |
実物と同じ大きさの像 | 焦点距離の2倍 | 焦点距離の2倍 | 上下・左右逆向き |
実物より大きい像 | 焦点距離の2点の位置と焦点の間 | 焦点距離の2倍より遠い | 上下・左右逆向き |
スクリーンに像ができないが凸レンズをのぞくと実物より大きな像が見える | 焦点距離より近い | 測れない | 同じ向き |
<考察>
- 光源の像はスクリーンに上下、左右逆さまにうつる。
- 光源をレンズに近づけるほど、像の位置はレンズから遠くなり、頭の大きさは大きくなる。
- 光源を焦点よりレンズに近づけると、スクリーン上に像はできない。このとき、凸レンズを通して光源が同じ向きに大きく見える。
実像
スクリーンに光が実際に集まってできる像。物体が焦点の外側にあるときにできる。スクリーンの上下、左右が逆さまの像が写ります。(例)カメラはフィルムに実像をうつします。
虚像
光が集まらずレンズを通して見える像。物体が焦点の内側にあるときに見える。実物より大きく、上下・左右が同じ向きの像が見える。(例)虫めがねやルーペで見える像。鏡にうつる像。
凸レンズの焦点距離
焦点からレンズの中心までの距離を焦点距離という。焦点距離は、レンズのガラスの種類と、球面の半径によって決まった値をとる。凸レンズの球面の半径が小さいほど、つまり、レンズの中央の厚さとふちの厚さとの差が大きいレンズほど、焦点距離は短くなる。また、左右の焦 点距離は等しい。
凸レンズで物体の像をつくるとき、物体の位置が決まると、その像の位置と大きさが決まる。
物体の位置 | できる像 | 向き | 大きさ | できる像の位置 |
---|---|---|---|---|
焦点距離の2倍より離れている | 実像 | 倒立 | 実物より小さい | 焦点と焦点距離の2倍の間 |
焦点距離の2倍 | 実像 | 倒立 | 実物と同じ | 焦点距離の2倍 |
焦点距離の2倍と焦点距離の間 | 実像 | 倒立 | 実物より大きい | 焦点距離の2倍より離れた位置 |
焦点距離上 | 像はできない | |||
焦点距離より近い | 虚像 | 正立 | 実物より大きい | – |
凸レンズによる実像と虚像のちがいは、物体と焦点との位置関係を理解すればスッキリ整理できます。作図のルールやポイントを押さえながら練習を重ねることで、テストでも確実に得点できる単元です。この記事を活用して、自信を持って光の学習を進めましょう!
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