遠くの景色を映して焦点距離を測ろう

このレッスンの役割

「凸レンズの焦点と光の進み方」セクションの第2段階です。前のレッスンでは、平行に近い光が一点付近へ集まる現象を観察しました。今回は遠くの物体から来る光を使い、その位置を安全に測ります。

今日完成させる力は、凸レンズとスクリーンを動かして最も鮮明な像をつくり、レンズの中心からスクリーンまでの距離を焦点距離の近似値として測ることです。

知る・理解する

焦点とは、光軸に平行な光が凸レンズを通ったあとに集まる点です。レンズの中心から焦点までの距離を焦点距離といいます。遠くの建物や窓から来る光はほぼ平行なので、スクリーンに鮮明な像ができたとき、レンズとスクリーンの距離は焦点距離に近くなります。

手順は次の通りです。

1. 遠くの明るい景色へレンズを向ける。太陽は使わない。
2. レンズの反対側へ白いスクリーンを置く。
3. スクリーンを前後に動かし、像の輪郭が最も鮮明になる位置を探す。
4. レンズの中心からスクリーンまでを測る。
5. 数回測って、ばらつきと平均を確かめる。

具体例で使う

三回の測定が12.1 cm、12.3 cm、12.2 cmなら、焦点距離は約12.2 cmと判断できます。物差しの0をレンズの端へ合わせると、レンズの厚さの分だけずれます。中学校の実験では、レンズの中心位置を基準にします。

近くの物体を映すと、スクリーンまでの距離は焦点距離と一致しません。今回、遠くの物体を使うのは、入射光を平行に近づけるためです。

誤答を直して次の学びへつなげる

「最も明るい位置ならよい」は不十分です。光の集まり方と、像の輪郭が鮮明かを確認します。また、レンズから物体までを測るのではなく、レンズの中心からスクリーンまでを測ります。

次は、実験で使ったレンズ中心・焦点・焦点距離・光軸を一枚の図で区別します。

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。