この実験について
物体を凸レンズに近づけながら、像が小さく倒立した状態から大きくなり、さらに正立した虚像へと変化する様子を観察しましょう。3本の主光線がリアルタイムで描かれるため、像がどこにできるのか、そしてその理由を生徒が正確に確認できます。パネルでは、現在の設定が5つの典型的なケースのどれに当たるかが示されます。
学習目標
- 凸レンズの3本の主光線を描く
- Fおよび2Fに対する各物体位置での像の性質を述べる
- 薄レンズの公式を使って像距離と倍率を計算する
- 各ケースをカメラ、プロジェクター、虫眼鏡などの実際の機器と結びつける
使い方
- 1物体の矢印を光軸に沿ってドラッグするか、物体距離のスライダーを使ってください。
- 2物体が2FとFを通過すると、パネルで強調表示されるケースが変わる様子を観察しましょう。
- 3焦点をドラッグして焦点距離を変え、レンズが厚くなったり薄くなったりする様子を見てみましょう。
- 4物体を F の内側に移動してください。破線は、屈折した光線をたどって虚像まで戻った経路を示しています。
モデル
前提条件
- レンズは薄いため、光線の屈折はすべてレンズの中心線上に描かれています。
- 光線は光軸の近くを進む（近軸光線）ため、収差は無視します。
- 像距離が負の場合、像は虚像で、物体と同じ側にあります。
授業で試してみましょう
- Q1像の大きさが物体と同じになるのは、物体がどこにあるときですか？
- Q2プロジェクターは遠くのスクリーンに大きな像を映します。どのケースを使っていますか？
- Q3物体を F の外側から F に非常に近づけると、像はどうなりますか？
- Q4虚像をスクリーンに映すことはできますか？光線を使って説明してください。
よくある質問
なぜ描かれている光線は3本だけなのですか？
物体の先端から出る光線はすべて、像の先端を通ります。特別な光線は簡単に作図でき、そのうち2本あれば像の位置を特定できます。
実像と虚像の違いは何ですか？
実像では光が実際に集まるため、スクリーンに映すことができます。虚像とは、屈折した光線がそこから出ているように見える位置にできる像です。
物体が F にあるとき、なぜ像ができないのですか？
屈折した光線は互いに平行にレンズを出て、決して交わらないため、像は無限遠にあるとされます。