未知のレンズ機器を作図から判定・改善しよう

このレッスンの役割

このセクションの仕上げです。名前の付いていないレンズ機器について、直接観察か投影か、実像か虚像かを判定し、像がぼける・小さすぎる・映らないときの改善案を作図から提案します。次の光の総合問題へつなげます。

知る・理解する

未知の機器では、外形よりも光学上の目的を読みます。

1. 像を面に受けるのか、レンズ越しに直接見るのか。
2. 物体距離はfより小さいか、fと2fの間か、2f以上か。
3. 代表光線は実際に交わるか、後方延長が交わるか。
4. 像の位置・向き・大きさは目的と一致するか。
5. ずれていれば、物体・レンズ・受像面のどれを動かすと改善するか。

改善案は「動かす」だけで終わらせません。たとえば実像の交点がスクリーンより後ろなら、「光がスクリーン上でまだ収束途中なので、交点と一致するようスクリーンをレンズから遠ざける」のように、方向と理由を述べます。

具体例で使う

未知機器Aでは、物体が焦点内にあり、観察者がレンズの反対側からのぞきます。光はレンズ後で広がり、後方延長線が物体側で交わるので、Aは虫眼鏡型です。正立拡大虚像を直接見ます。

機器Bでは、物体がFと2Fの間、反対側に白い面があります。作図すると光は白い面より手前で交わっています。これは投影機型ですが、現在の面位置ではぼけます。面を交点までレンズへ近づけるか、レンズ位置を調節して交点を面へ合わせます。

機器Cで、物体が2Fより外側、受像面がFと2Fの間にあるなら、小さい倒立実像を記録するカメラ型と考えられます。

誤答を直して次の学びへつなげる

「拡大するから虫眼鏡」と外形や結果だけで決めないでください。投影機も拡大します。直接見るか面に映すか、物体が焦点のどちら側かを確認します。

また、像が映らないときにスクリーンだけを無制限に動かしても解決しない場合があります。物体が焦点内なら実像そのものができないため、まず物体を焦点外へ移す必要があります。

この判断手順は、次の光の総合問題で、未知の実験装置から使う法則を選ぶときにも使えます。

自分で確かめよう

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。