凸レンズを通して見ると、なぜ(図1)のように見えるのだろうか。
(図1)のように、凸レンズを通して見えるものや、かべやスクリーンなどにうつって見えるものを像という。
物の見え方は、光の進み方の影響を受けるため、像のでき方には凸レンズを通る光の進み方が関係しているといえる。
凸レンズを通る光の進み方
(図2)アは、光軸に平行に進む光が凸レンズの左側から入射し、イは右側から入射している。
光軸に平行に進む光は、凸レンズに入るときと出るときの2回屈折して1点に集まる。
この点を焦点といい、凸レンズの両側にある。
凸レンズの中心から焦点までの距離を焦点距離という。
逆に、焦点の位置に光源があると、凸レンズを通った光は光軸に平行になる。
ここがポイント
① 光軸に平行に入射する光は、焦点を通る。
② 凸レンズの中心を通る光は、そのまま直進する。
③ 焦点を通る光は、凸レンズを通ると光軸に平行に進む。
凸レンズを通る光の進み方
凸レンズによる像
凸レンズに太陽の光を通すと、焦点の位置に太陽の像をうつすことができる(図3)。
このときの凸レンズと太陽の像の間の距離をはかることで、凸レンズの焦点距離がわかる。
身のまわりでは、プロジェクターやカメラなどの機器に凸レンズが使われている。
プロジェクターでは、かべやスクリーンに光源より大きな像をうつすことができ、カメラでは、その内部に光源や物体より小さな像をうつすことができる(図4)。
このように、かべやスクリーンなどにうつる像を実像という。
これらの機器では、はっきりとした実像をうつすために、凸レンズを前後に動かしてピントを合わせている。
また、凸レンズを通して物体を見ると、物体と上下左右が同じ向きで、物体より大きな像を見ることができる(図1左）。
このようにして見える像を虚像という。
レンズのはたらき
Q1. 虫眼鏡に使われているレンズの名前は何ですか。答え
凸レンズ
【解説】 虫眼鏡には、中央がふくらみ、ふちにいくほどうすい形の凸レンズが使われています。
この形によって光の進み方が変わり、物が大きく見えるようになります。
【解説】 虫眼鏡には、中央がふくらみ、ふちにいくほどうすい形の凸レンズが使われています。
この形によって光の進み方が変わり、物が大きく見えるようになります。
Q2. 凸レンズを通して見えるものや、スクリーンにうつるものを何といいますか。
答え
像
【解説】 凸レンズを通して見えるものや、スクリーンにうつるものはすべて「像」といいます。
物の見え方は光の進み方によって決まるため、像のしくみを理解することが重要です。
【解説】 凸レンズを通して見えるものや、スクリーンにうつるものはすべて「像」といいます。
物の見え方は光の進み方によって決まるため、像のしくみを理解することが重要です。
Q3. 凸レンズの中心を通り、レンズに垂直な直線を何といいますか。
答え
光軸
【解説】 光軸は、レンズの中心を通る基準となる線です。
光の進み方や像のでき方を考えるときに、この光軸を基準にして考えます。
【解説】 光軸は、レンズの中心を通る基準となる線です。
光の進み方や像のでき方を考えるときに、この光軸を基準にして考えます。
Q4. 光軸に平行に進む光が凸レンズを通ると、どこに集まりますか。
答え
焦点
【解説】 光軸に平行な光は、凸レンズを通ると屈折して1点に集まります。
この点を焦点といいます。
焦点はレンズの両側にあります。
【解説】 光軸に平行な光は、凸レンズを通ると屈折して1点に集まります。
この点を焦点といいます。
焦点はレンズの両側にあります。
Q5. 凸レンズの中心から焦点までの距離を何といいますか。
答え
焦点距離
【解説】 焦点距離は、レンズの性質を表す大切な値です。
焦点までの距離が長いか短いかで、光の集まり方が変わります。
【解説】 焦点距離は、レンズの性質を表す大切な値です。
焦点までの距離が長いか短いかで、光の集まり方が変わります。
Q6. 焦点の位置に光源があると、凸レンズを通った光はどうなりますか。
答え
光軸に平行に進む。
【解説】 焦点にある光源から出た光は、凸レンズを通ると平行な光になります。
これは、光の進み方の逆の関係として覚えると理解しやすいです。
【解説】 焦点にある光源から出た光は、凸レンズを通ると平行な光になります。
これは、光の進み方の逆の関係として覚えると理解しやすいです。
Q7. 凸レンズの中心を通る光はどのように進みますか。
答え
そのまま直進する。
【解説】 レンズの中心を通る光は、ほとんど曲がらずにそのまま進みます。
像の作図をするときに、とても重要なルールの一つです。
【解説】 レンズの中心を通る光は、ほとんど曲がらずにそのまま進みます。
像の作図をするときに、とても重要なルールの一つです。
Q8. 焦点を通る光は、凸レンズを通るとどのように進みますか。
答え
光軸に平行に進む。
【解説】 焦点を通る光は、レンズを通ると平行になります。
光の進み方には「平行→焦点」「焦点→平行」という対応関係があります。
【解説】 焦点を通る光は、レンズを通ると平行になります。
光の進み方には「平行→焦点」「焦点→平行」という対応関係があります。
Q9. スクリーンにうつる像を何といいますか。
答え
実像
【解説】 プロジェクターのように、スクリーンや壁にうつる像を実像といいます。
実際にそこに光が集まってできる像で、上下左右が逆になります。
【解説】 プロジェクターのように、スクリーンや壁にうつる像を実像といいます。
実際にそこに光が集まってできる像で、上下左右が逆になります。
Q10. 凸レンズを通して直接目で見るときに見える像を何といいますか。
答え
虚像
【解説】 虫眼鏡で物を見るときのように、スクリーンにうつらず、直接見える像を虚像といいます。
虚像は、上下左右が同じ向きで、大きく見えるのが特徴です。
【解説】 虫眼鏡で物を見るときのように、スクリーンにうつらず、直接見える像を虚像といいます。
虚像は、上下左右が同じ向きで、大きく見えるのが特徴です。
Q11. 凸レンズで太陽の光を集めると、どこに像ができますか。
答え
焦点の位置
【解説】 太陽の光はほぼ平行に進んでいます。
そのため、凸レンズを通すと焦点に集まり、そこに像ができます。
この性質を利用して、焦点距離を調べることもできます。
【解説】 太陽の光はほぼ平行に進んでいます。
そのため、凸レンズを通すと焦点に集まり、そこに像ができます。
この性質を利用して、焦点距離を調べることもできます。
Q12. カメラでは、どのようにしてはっきりした像をうつしますか。
答え
凸レンズを前後に動かしてピントを合わせる。
【解説】 カメラの中では、センサーに像を正しく結ぶ必要があります。
そのためにレンズを動かして、像がちょうどよい位置にできるように調整しています。
【解説】 カメラの中では、センサーに像を正しく結ぶ必要があります。
そのためにレンズを動かして、像がちょうどよい位置にできるように調整しています。
Q13. プロジェクターでは、どのような像をうつすことができますか。
答え
光源より大きな実像
【解説】 プロジェクターは、凸レンズを使ってスクリーンに大きな像をうつします。
これは実像であり、光の進み方を利用して拡大されています。
【解説】 プロジェクターは、凸レンズを使ってスクリーンに大きな像をうつします。
これは実像であり、光の進み方を利用して拡大されています。
Q14. 凸レンズを通して物を見るとき、像はどのような向きで見えますか。
答え
上下左右が同じ向き。
【解説】 虚像の場合は、物体と同じ向きで見えます。
虫眼鏡で文字を読むときに、上下が逆にならないことからも確認できます。
【解説】 虚像の場合は、物体と同じ向きで見えます。
虫眼鏡で文字を読むときに、上下が逆にならないことからも確認できます。
Q15. 凸レンズのはたらきと光の性質はどのように関係していますか。
答え
光の屈折によって像ができる。
【解説】 凸レンズでは、光が入るときと出るときに屈折します。
この屈折によって光が集まったり広がったりし、像ができます。
これまで学んだ光の屈折の知識が、レンズの理解につながっています。
【解説】 凸レンズでは、光が入るときと出るときに屈折します。
この屈折によって光が集まったり広がったりし、像ができます。
これまで学んだ光の屈折の知識が、レンズの理解につながっています。
光源を動かして像のでき方を見てみよう
作図
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