中1理科で学習する 「光の性質 」。 前々回の 「 光の反射 」 、前回の 「 光の屈折 」 に続いて、今回は 「凸レンズの作図と像」 について解説します。 凸レンズは虫めがねなどに使われる、身近な物でもあります。 作図や凸レンズでできる像の問題に苦手意識を持っている中学生は、この記事を読んで理解しましょう! ◎お教えする内容は、以下の通りです。 ① 凸レンズ・基本の作図 ② 凸レンズと実像 ③ 凸レンズと虚像 ④ 凸レンズとできる像・まとめ この記事は、たけのこ塾が中学生に向けて、TwitterやInstagramに投稿した内容をもとに作成しています。 ぜひ、あなたの勉強にご活用下さい。 凸レンズ・基本の作図 「 凸レンズ 」 とは、 中央がふくらんでいるレンズ で 光を1点に集めるはたらき をします。 凸レンズの作図に関する基本的な語句を解説しますので、下の図をご覧下さい。 図の中に、 凸レンズの中心を通り 、 凸レンズに垂直な直線 が引かれています よね。 この線を「 光軸 」といいます ので、よく覚えておいてください。 次に、この 光軸に平行な光が凸レンズを通ると、どう進むのか 見ていきましょう。 下の図をご覧下さい。 光軸に平行な光 は、 凸レンズで屈折して1点に集まって います よね。 この点のことを「 焦点 」 といいます。 また、 「 焦点」と凸レンズの中心との間の距離 を「 焦点距離 」 といいます。 焦点と焦点距離、セットで覚えて おきましょう! 凸レンズに関する基本的な語句 について説明しましたので、いよいよ 「 凸レンズの基本の作図 」について解説 していきたいと思います。 下の図のように、 凸レンズを通る光の進み方は 3パターン あり ます。 ① 光軸に平行 に進む ② 凸レンズの中心 を通る ③ 先に焦点 を通る ①~③の光が凸レンズを通過した後、どのように進むのかを下の図に示します。 ① 光軸に平行 に進む光 → 焦点 を通る 光軸に平行に進む光は、凸レンズで屈折して焦点を通ります。 ② 凸レンズの中心 を通る光 → そのまま真っすぐ 進む 凸レンズの中心を通る光は、そのまま直進します。 ③ 先に焦点 を通る光 → 光軸に平行 に進む 先に焦点を通った光は、凸レンズで屈折して光軸に対し平行に進みます。 「凸レンズの作図」については上で説明したように、 3パターンの光の進み方 をしっかり覚えておくことが大切です。 実際に手を動かして、作図の練習をして おきましょう。 下に 凸レンズの基本の作図についての問題 を掲載しています。 ぜひチャレンジしてみて下さいね!
①のステップで上の図が描けます。 ほとんどの人がこれで満足してしまいますが、重要なのはステップ②です!
・ 「光の性質」光の屈折の問題が解ける! ・ 「光の性質」凸レンズの作図と像がわかる!
身の周りには眼鏡やカメラ,望遠鏡など,レンズを利用した製品が数多くあります。 眼鏡やコンタクトレンズをつけている人はもちろん,スマートフォンのカメラなども合わせれば,現代社会でレンズと無関係な人はほとんどいないのではないでしょうか? 日々お世話になっているレンズの性質を,今回から2回に分けて学習していきたいと思います! レンズに関する用語 光はふつう直進する性質をもちますが,光の屈折を利用して光の進む方向を変える道具がレンズです。 レンズには,中央部が周辺部より厚い凸レンズと,中央部が周辺部より薄い凹レンズがあります。 この先,凸レンズと凹レンズの性質のちがいを説明していきますが,説明によく出てくる用語を先に確認しておきましょう! まず1つ目。 レンズの中心を通り,レンズに垂直な直線を 光軸 と呼びます。 光軸は想像上の軸なので目には見えませんが,レンズのはたらきを考えるときには必須の概念です。 それから2つ目。 どんなレンズにも,光軸上に2箇所, 焦点 と呼ばれる場所が存在します。 2つの焦点はレンズを挟んで等距離 にあり,レンズから焦点までの距離( 焦点距離 )はレンズの材質や形状(厚み・曲がり具合)によって決まります。 これらの用語を踏まえた上で,さっそくレンズの性質を見ていきましょう! 中1理科「光の性質」凸レンズの作図と像がわかる！ | たけのこ塾 勉強が苦手な中学生のやる気をのばす！. レンズを通る光の進み方 レンズに入射した光は屈折して進むことになりますが,ここでは屈折の法則を用いた計算は行いません。 その代わり,光がどのように進むかを理解しましょう。 作図が出てきますが,レンズで興味があるのは 「光がどのように入って,どのように出てくるか」 だけで,レンズの中をどう進むかは正直どうでもいいです。 そこで,作図を簡単にするためにこんな工夫をします。 屈折を2回書くのは面倒なので,レンズの作図では省略した書き方を使うのが主流です。 では,本題に入りましょう。 光の進み方はレンズの形状によって決まっています。 ポイントは焦点と光軸! ( ※ 光源のある側を「レンズの前方」,光源がない側を「レンズの後方」という。 ) ルール2に従って,光軸に平行に入射した光は図のように後方の焦点に集まりますが,もし焦点の位置に紙が置いてあったら,集まってきた光によって紙に火がつきます! まさに「焦げる点」になっているわけで,「焦点」という名前はここに由来しています。 これが紙ではなく目だったら大変!
このページを読むと 凸レンズについて 凸レンズの用語 虚像と実像の作図 を学べるよ! 中学の学習 にとても役立つよ! 実験の解説動画は下から! 1. 凸レンズで出来ること では凸レンズ(とつレンズ)の勉強を始めていこう! 先生!凸レンズって何ですか? 凸レンズっていうのは、真ん中がふくらんだレンズ(ガラス)のこと だよ。 虫眼鏡に使われているのが凸レンズ だね。 (普通の眼鏡は違うよ。) 凸レンズを使うと次の3つのことが出来るんだよ。 凸レンズで出来ること ①近くのものが大きく見える。 (後で学習するけど虚像というよ。) ②遠くのものが逆さまに見える。 ③光をレンズの反対側に映すことができる。 (後で学習するけど実像というよ。) (↑見にくくてごめん。天井の丸い蛍光灯が映ってるんだ。) へー。凸レンズ(虫眼鏡)っていろいろ出来るんだね。 ほんとだね☆ 2. 凸レンズの用語 次に 凸レンズの勉強に必要な用語の確認 をするよ。 どれも大切な言葉だから覚えてね。 まず、凸レンズに真横から光を当てると、光が集まる点があるんだ。 この光が集まる点を 焦点 (しょうてん)という よ。 そして、 凸レンズから焦点までの距離を 焦点距離 という んだ。 大切な用語 だからしっかりと覚えてね。 もちろん反対側から光を当てると、逆側の焦点に光が集まるよ。 「 焦点 」と「 焦点距離 」だね。覚えたよ☆ OK。素晴らしい。動画ものせておくね。 (5秒くらい) 3. 【中1理科】凸レンズと実像・虚像 | Examee. 凸レンズに当たった光の進み方 次に 「凸レンズに当たった光の進み方の決まり」を説明する よ。 全部で3パターンあるからしっかりと覚えてね。 特に①と②は作図に使う最高に大切なもの だよ。 凸レンズに当たった光の進み方① 凸レンズに真横から当たった光は、焦点を通るように進む。 上の2つの図を見てごらん。 凸レンズに真横から当たった光(難しく言うと「光軸に平行な光」)は焦点を通るように曲がっているね。 「 真横から来た光は焦点へ 」 これが1つめのパターン だよ。 下にもう2つ例をのせておくね。 パターン①「真横から焦点。」 だね! 了 解☆ 凸レンズに当たった光の進み方② 凸レンズの中心を通る光は直進する。 パターン2つ目は「凸レンズの中心を通る光」だよ。 中心を通る場合は光は曲がらずに直進するんだ。 「 中心を通る光はまっすぐ。 」 これが2つめのパターン だよ。 下にもう2つ例をのせておくね。 パターン②「中心はまっすぐ。」 了 解☆ 凸レンズに当たった光の進み方③ 焦点を通過して凸レンズに当たった光は、真横に進む。 パターン3つ目は「焦点を通過して凸レンズに当たった光」だよ。 この光は真横(光軸に平行)に進むようになるんだ。 「 焦点を通過した光は真横に 」 これが3つめのパターン だよ。 ただ、このパターン③は 作図には必要ない から、そこまで重要ではないよ。 光の進み方も、「パターン①の反対」だしね。 だけど教科書や参考書には載っているので、覚えておこう!
焦点から外側・・・ 実像 ができる 焦点より内側・・・ 虚像 ができる 焦点上・・・ 像はできない (実像も虚像もできない) [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。 ・ 物体と像は同じ向きに動く ・物体を 焦点に近づけると できる 像の大きさが大きくなる 。また、物体を 焦点から遠ざけると できる 像の大きさが小さくなる 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。 ⇐1. 光 3. 音⇒ 単元一覧に戻る こちらの記事も読まれています
小さい頃, 「絶対にレンズ越しに太陽を覗いてはいけない!」 と注意されたことがあると思いますが,その理由は凸レンズを通る光の進み方にあったわけです。 その一方,眼鏡越しに太陽を見上げても特に目に異常は起こりません(めっちゃ眩しいけど)。 これは凸レンズと凹レンズのちがいによるものです。 凹レンズの光の進み方も確認しておきましょう! 凹レンズの光の進み方も焦点が重要になっていますが, 凸レンズとちがって光が集まらない ので,紙を置いても焦げることはありません。 レンズでできる像 レンズは対象の物体を映して像をつくることができます。 例えば凸レンズは,物体から出た光をレンズの後方で集めて像をつくります。 上の図では凸レンズの焦点より外側に物体を置いていますが,焦点より内側に物体を置いたらどうなるでしょう? この場合,レンズの後方ではなく前方に像が観察されます! これが,虫眼鏡を使うと物体が大きく見える原理です。 物体そのものではなく,レンズによって作られた像が見えているんですねぇ。 虫眼鏡を通して見ても物体は逆さまにならないので,正立像であることも納得できると思います。 このように凸レンズのつくる像は,物体をどこに置くかで2種類あります。 この2種類の像は向き(倒立 or 正立)も,場所(レンズ後方 or 前方)もバラバラなのですが,それよりももっと大きなちがいがあります。 それは, 「実際に光が集まってできている」のか,「光が集まっているように見える」だけなのか というちがいです! 焦点の外側に物体を置いたときのように, 実際に光が集まってできる像を実像といいます。 実像は本当に光が集まっているので,その場所にスクリーンを置けば,像がスクリーン上に投影されます。 また,焦点の外側に物体を置いたときのように, 光が集まらずにできる像を虚像といいます。 虚像は光が集まってできているわけではないので,像ができる場所にスクリーンを置いても何も映りません。 虚像はレンズ後方から,レンズを通してしか見ることができないのです。 凸レンズの様子がよくわかったところで,凹レンズのつくる像についても考えてみましょう。 このように, 凹レンズの場合は物体の位置に関わらず,常に正立虚像が見える ことになります。 今回のまとめノート ルールを理解して,しっかり作図できるようにしておきましょう。 演習問題にもチャレンジしてみてください!
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