凸レンズ

凸レンズ

凸レンズ・・・光を通し、屈折させることによって像を作ることのできるレンズ。

使用例：カメラ、顕微鏡、望遠鏡、虫眼鏡

焦点・・・光軸に平行な光を凸レンズに当てたときに通る光軸上の点。レンズの両側に１つずつある。

焦点距離・・・凸レンズの中心から焦点までの距離のことで f と表す。厚い凸レンズほど短く、薄い凸レンズほど長い。

 

※凸レンズに当たった光は1回しか屈折していないように見えるが、実際は下図のように2回の屈折が起こっている。しかし、作図ではそれを簡略化して1回の屈折しか書かない。

光の作図

物体の位置が決まることで、物体の像の位置と大きさが決まる。この像を作図によって求めるには、下図のように光源から出る3本の光のうち、2本を選んで作図する。レンズを通った2つの光の交点が求める像の位置になる。

※実際は光源から四方八方に無数の光が出ているが、作図に使われるのは次の3本のうちの2本だけである。

①光軸に平行な光はレンズを通った後、焦点を通る。

②レンズの中心を通る光はそのまま直進する。(実際は屈折するが、直進とほとんど変わらない)

③焦点を通った光はレンズを通った後、光軸に平行に進む。

 

実像と虚像

実像・・・レンズを隔てて物体とは反対側に光が集まってスクリーンにできる像。上下左右が逆の倒立である。

実像の利用例：カメラ・プロジェクター・天体望遠鏡など

虚像・・・レンズを隔てて物体と同じ側にできる像。向きが変わらない正立である。虚像は物体より大きくなる。

虚像の利用例：虫眼鏡・双眼鏡など

像の作図

凸レンズの左側に物体(ろうそく)を置いたときにできる像を考える。

像を考える際は、光の作図で示した先ほどの

①光軸に平行な光はレンズを通った後、焦点を通る。

②レンズの中心を通る光はそのまま直進する。(実際は屈折するが、直進とほとんど変わらない)

この2本で作図をする。

物体が焦点距離の2倍の位置より遠い場合

実像は焦点距離の2倍より近い位置にでき、大きさは物体より小さい。

 

物体が焦点距離の2倍の位置にある場合

実像は焦点距離の2倍の位置にでき、大きさは物体と同じ。

 

物体が焦点距離の2倍の位置より近い場合

実像は焦点距離の2倍より遠い位置にでき、大きさは物体より大きい。

 

物体が焦点距離の位置より近い場合

虚像が凸レンズを隔てて物体側にでき、大きさは物体より大きい。

 

物体が焦点距離の位置にある場合

像はできない。

 

物体を動かしたときの像の動き方

物体を置く場所によるできる像とその大きさの関係をまとめると次の図のようになる。

[物体を置く場所について]

凸レンズを基準として

[像の大きさと位置について]

物体を右に動かすと像も右に動き、物体を左に動かすと像も左に動く。

 

この2つは、できる像が虚像であっても言えることである。例えば、虚像エリアで右の方に置いた物体を左(Fの方)へ近づけると、できる虚像は大きくなる。また、できる虚像の位置は左に動く。

 

※物体を動かした際に像の大きさやできる位置がどのように変化するかを問う問題は非常に出題されやすく理解も難しいが、とりあえず上の2つのpoint!を覚えれば大丈夫。

 

【例題】

①　次の図において、物体を右に動かしたときに出来る像の位置は凸レンズから近づくか遠ざかるかを答えなさい。

②　①のとき像の大きさはどうなるか。

【解き方】

①物体と像の動き方は同じなので、物体を右に動かすと、できる像も右に動く。

答え.　凸レンズから遠ざかる。

②物体を右に動かすと焦点に近づき、焦点に近づけると、できる像の大きさは大きくなる。

答え.　大きくなる。

 

という感じでpoint!をしっかり覚えておけば簡単に解くことができる。

 

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