물리 · 광학 / 원리와 탐구
볼록렌즈와 상 실험 해설
볼록렌즈로 보는 물체가 어떤 때는 확대되어 보이고 어떤 때는 거꾸로 보이는 까닭을 알아봅니다. 물체 거리·높이·초점거리를 조절하면서 대표 광선이 만나는 위치를 따라가 보세요. 실상과 허상, 바로 선 상과 거꾸로 된 상을 구분하는 렌즈 실험입니다.
어떤 원리인가요?
초점 밖은 거꾸로 된 실상, 초점 안은 바로 선 허상이에요. 초점 위에서는 상이 생기지 않음으로 표시해요.
핵심 관계
1/a + 1/b = 1/f · m = −b/a
이렇게 관찰해 보세요
- 물체를 끌거나 슬라이더를 움직여 세 광선과 상을 관찰해요.
- f=10 cm에서 물체 거리 30, 20, 15 cm를 기록해요.
- 초점 안쪽, 초점 일치, 초점 거리만 바꾼 조건을 기록해요.
결과를 읽는 기준
f=10 cm, a=30 cm일 때 상거리와 배율 크기는?
b=af/(a−f)=15 cm이고 m=−b/a=−0.5라서 거꾸로 된 절반 크기예요.
모형의 범위와 한계
얇은 이상적인 볼록렌즈의 근축 광선 모형이에요. 렌즈 두께·수차·회절·유한 구경을 생략해요. 가로와 세로 확대율은 다르게 그렸어요. 초점 근처의 큰 상과 광선은 화면 밖으로 잘리지만 표에는 실제 계산값을 남겨요. a=f에서는 유한 거리의 상이 없어요.