凸レンズの作図とか、像に関する問題っていっつも解けないんですよね…
何とかしてください！！
それじゃ、凸レンズに関するポイントをまとめておこう！
ってことで、今回の記事では中学理科で学習する「光」の単元から、凸レンズの作図や像について学んでいこう！
光については、大きく分けて次の３つの内容を学習します。
- 光の反射
- 光の屈折
- 凸レンズと像
この中から、一番の最後にあたる「凸レンズと像」についてイチから見ていこう！
反射や屈折についての確認はこちらの記事でどうぞ(^^)
凸レンズの光の進み方
まずは、凸レンズに関する用語の確認をしておきましょう！
凸レンズには２つの点があって、それが焦点（しょうてん）と呼ばれるものです。
焦点とは、凸レンズに平行な光がレンズを通過後に集まる点のことをいいます。
そして、焦点から凸レンズの中心までの距離を焦点距離（しょうてんきょり）といいます。
これらの用語はテストでは頻出なので、絶対に、絶対に覚えておきましょう！
そして、ここからが凸レンズの作図において大事な話！
凸レンズに入ってきた光は次のように進んでいきます。
男の子の頭部分は、このように凸レンズを通り、ある1点に光が集まります。
これらの線を作図しなさい！
っていうのが中学理科で出題される問題なんだけど
え、えぇ…こんなのどうやって…
斜めの線とかたくさんあって、困っちゃうよね…
だけど、どこに像ができるか、どれくらいの大きさになるのかが分かればよいので作図に必要な線は2本でOKです。
これらの2本というのは
- 凸レンズに平行に進み、焦点を通る線
- 凸レンズの中心を進み、そのまま直進する線
のことです。
あぁ！
たしかに、線が2本引ければどこに光が集まるかわかるもんね
では、これらの線を利用して凸レンズの作図をおこなっていきましょう。
凸レンズの作図手順
実像ができる場合の作図
次の場合、どこに像ができるか作図してみましょう。
まずは、凸レンズに平行に入り、焦点を通る線を引きましょう。
次に、凸レンズの中心を通り、直進する線を引きましょう。
すると、２つの線が交わる部分があるので、そこの位置に
このような上下左右が逆になった実像（じつぞう）ができあがります。
光が集まる位置にスクリーンなどを置くことにより、像を映し出すことができます。
虚像ができる場合の作図
次のように、物体が焦点よりも内側にある場合にはどのような像ができるか作図してみましょう。
こちらも、初めは先ほどと同じ手順で線を引いていきます。
すると…
あれ、あれ！！
線が交わらないんだけどっ！！
ってなっちゃうので、線を左側まで延長してみましょう。
すると、このように線が交わりますね。
このときにできる像を虚像（きょぞう）といいます。
虚像は、スクリーンなどに映すことができるものではありません。
レンズ越しに物体を見たときに、見える見かけの像のことです。
虫眼鏡をのぞいたときに見える、おっきい像が虚像だね！
凸レンズの作図手順
- 凸レンズに平行に入り、焦点を通る線を引く
- 凸レンズの中心を通り、直進する線を引く
- ①②が交わる位置に像ができる
凸レンズと焦点距離の関係
では、凸レンズの作図をマスターしたところで、次は像と焦点距離との関係を見ていきましょう。
まず、基本となるのがこれ！
焦点距離の2倍の位置に物体を置くと、ちょうど同じ距離の位置に同じ大きさの実像ができます。
焦点距離の2倍の位置から、物体を遠くに離していくと
できあがる実像は、凸レンズに近い位置へと動きます。
さらに実像は小さくなっていきます。
焦点距離の2倍の位置から凸レンズよりに物体を近づけていくと
できあがる実像は、凸レンズから離れた位置へと動きます。
さらに実像は大きくなっていきます。
もっと物体を凸レンズに近づけていって、焦点の真上に物体がきた場合
２つの線が平行となってしまい、どこにも像ができなくなってしまいます。
さらに物体を凸レンズに近づけ、焦点の内側にきた場合
このように虚像ができるようになります。
というように、それぞれの位置に対し、どのような像ができあがるかを頭に入れておきましょう！
凸レンズの作図まとめ！
なんだか盛りだくさんだったけど
凸レンズについて詳しくなった気がするよ！
凸レンズについては作図と像の位置関係。この2点は絶対におさえておきたいね！
凸レンズの基礎がわかったら、あとはたくさん演習して理解を深めておこう