物理・光学/原理と探求
凸レンズと像の解説
凸レンズで見る物体がある時は拡大して見え、ある時は逆に見える理由を調べます。物体距離・高さ・焦点距離を調節しながら代表光線が出会う位置をたどってみてください。実像と虚像、直線像と逆像を区別するレンズ実験です。
どのような原理？
焦点の外は逆さまな実像、焦点の中はまさに線の虚像です。焦点の上では像が生じないと表示します。
重要な関係
1/a + 1/b = 1/f · m = −b/a
観察してみよう
- 物体をドラッグしたり、スライダーを動かして3つの光線と像を観察します。
- f = 10 cmから物体距離30、20、15 cmを記録します。
- フォーカス内、フォーカスマッチ、フォーカス距離だけを変えた条件を記録します。
結果を読み解く
f = 10 cm、物体距離 a = 30 cm のとき、像距離と倍率の大きさは？
b=af/(a−f)=15 cm で m=−b/a=−0.5 で逆さまの半分の大きさです。
モデルの仮定と限界
薄い理想的な凸レンズの近軸光線モデルです。レンズ厚・収差・回折・有限口径を省略します。横と縦の拡大率は違って描きました。焦点の近くの大きな像と光線は画面から切り取られますが、テーブルには実際の計算値を残します。 a=fでは有限距離の像がありません。