理科ラボ

実験道具 / 中学1年 物理

凸レンズの作図

ろうそくの位置とレンズの焦点距離を変えて、光の進み方と像のでき方を作図で確かめよう。実像ができる位置、虚像が見えるときのちがいが見えてきます。

使い方

3ステップ
  1. ろうそくを動かす「ろうそくの位置」のつまみか、図をドラッグして、ろうそくとレンズの距離を変えます。距離が焦点距離の何倍かも表示されます。
  2. 焦点距離を変える「焦点距離」のつまみでレンズのふくらみが変わります。黄色の点が焦点です。
  3. 光と像を見る光軸に平行な光と、レンズの中心を通る光が交わるところに像ができます。「3本目表示」で別の光も描けます。

全4ミッション。もちろん、自由に組み立ててもOK。

凸レンズ シミュレーター

焦点距離: 角度:
ろうそくの位置(レンズからの距離):

やってみよう

ミッションに挑戦

上から順に進めると、少しずつわかるようになっています。「このミッションを始める」を押すと、ろうそくとレンズが始めの位置になります。ろうそくを動かすのは自分で。

ミッション 1

遠くに置くと?

ろうそくを焦点距離の2倍より遠くに置いて、像を見る。

  1. 焦点距離は100です。今、ろうそくは焦点距離の1.5倍の位置にあります。
  2. ろうそくをレンズから遠ざけて、焦点距離の2倍より遠くにしよう。
  3. 像の大きさと向き(上下)は?

見るところ像ができる位置・大きさ・向き。

やってみたら開こう:わかること

物体を焦点距離の2倍より遠くに置くと、レンズの反対側に、実物より小さい上下左右が逆の実像ができる(カメラのしくみ)。

ミッション 2

同じ大きさの像

実物と同じ大きさの像ができる位置をさがす。

  1. 今はろうそくが遠くにあり、像は小さい。
  2. ろうそくを少しずつ近づけて、焦点距離の2倍(2.00倍)の位置にしよう。
  3. 像の大きさは実物とくらべてどう? 像はレンズからどのくらいの距離にできた?

見るところ像の大きさと、レンズから像までの距離。

やってみたら開こう:わかること

物体を焦点距離の2倍の位置に置くと、反対側の焦点距離の2倍の位置に、実物と同じ大きさの倒立の実像ができる。

ミッション 3

大きな像をつくろう

実物より大きい実像ができる位置をさがす。

  1. ろうそくを、焦点距離の1〜2倍のあいだに動かそう。
  2. 像の大きさと、像ができる位置はどう変わった?

見るところ像の大きさと、像ができる位置の遠さ。

やってみたら開こう:わかること

物体を焦点と焦点距離の2倍の位置の間に置くと、実物より大きい倒立の実像が、焦点距離の2倍より遠くにできる(プロジェクターのしくみ)。

ミッション 4

虫めがねのように見る

ろうそくを焦点より内側に置いて、虚像を見る。

  1. ろうそくをレンズに近づけて、焦点より内側にしよう。
  2. レンズを通った光は、交わる?
  3. 点線(光を逆にのばした線)が交わるところに、どんな像が見える?

見るところレンズを通ったあとの光の進み方と、点線の交わる位置。

やってみたら開こう:わかること

物体を焦点より内側に置くと、レンズを通った光は交わらず、実像はできない。反対側からレンズをのぞくと、光を逆にのばした先に、実物より大きい正立の虚像が見える(虫めがねのしくみ)。

この道具でわかること

物体の位置できる像
焦点距離の2倍より遠い実物より小さい倒立の実像
焦点距離の2倍実物と同じ大きさの倒立の実像
焦点と2倍の間実物より大きい倒立の実像
焦点より内側実像はできない。実物より大きい正立の虚像が見える

焦点の位置に置くと、レンズを通った光は平行になり、像はできません。

この実験道具は、現役の理科の先生が作ったシミュレーターを、作者の許可を得て理科ラボ向けに編集したものです。値や動きは学習用の模型で、実際の実験の結果と同じになるとは限りません。