凸レンズと光の進み方(焦点距離と光源の位置からろうそくの像を作図する)

凸レンズは光を集めるガラスです。凸レンズの片方から日光を当てると、光はレンズの反対側で一つにまとまります。この「日光が集まる一点」を焦点といいます。

☆中学受験の理科では焦点をFと書くことがあります。

凸レンズ

図1を見てください。日光は凸レンズの軸と並行に入り、レンズを通って焦点に集まっています。図2ではたくさんの光が描いてありますね。

  • 凸レンズの軸上にある光はそのまま直進する
  • 凸レンズの軸と平行な光は、レンズで屈折して焦点に向かう

どちらの光も軸に並行です。ここが大切なポイントなので注意してください。

レンズの軸に並行な光は、焦点に向かう。

続いて図3と4を見てください。今度は軸と平行でない光が凸レンズに入っています。この光はレンズを通った後、焦点と関係ない方向に行っています。軸と平行でない光は焦点に集まらないのです。

図3と4から凸レンズと光の進み方の重要なポイントがわかります。

  • 凸レンズの中心に入る光はそのまま直進する
  • 凸レンズの焦点から出発した光は、レンズを通って軸と平行に進む

ろうそくの像を作図する

ろうそくをレンズの前に置いて、反対側にスクリーンを置きます。ろうそくの後ろから光を当てると、スクリーンにろうそくの像が映ります。

凸レンズ

図のように、ろうそくの先端に当たった光をレンズに行かせて、その光たちが交わる点を見つけます。その点にスクリーンを置けば、スクリーンにろうそくの像がはっきり映ります。その点とずれたところにスクリーンを置けば、像はぼやけてしまいます。

作図する時は、まずろうそくの先端をとって、そこからレンズに光を行かせてください。レンズの端と中心です。その二つの線を

  • 凸レンズの軸上にある光はそのまま直進する
  • 凸レンズの軸と平行な光は、レンズで屈折して焦点に向かう
  • 凸レンズの中心に入る光はそのまま直進する
  • 凸レンズの焦点から出発した光は、レンズを通って軸と平行に進む

というルールをもとに曲げて、レンズの先で交点をとります。そこがスクリーンの位置です。あとはそこにろうそくを描いて像の完成!

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