レンズの中心を通る光線を加えて三本を選び分けよう

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5段階です。前のレッスンでは、平行光線と焦点を通る光線を作図しました。今回はレンズの中心を通る代表光線を加え、三つの規則から適切なものを選びます。

今日の到達点は、入射光が光軸・焦点・レンズ中心のどれと関係するかを先に読み、対応する出射光を描くことです。

知る・理解する

薄い凸レンズの作図では、レンズの中心を通る光はそのまま直進すると扱います。三つの代表光線は次の通りです。

1. 光軸に平行に入る → 反対側の焦点を通る。
2. 手前の焦点を通って入る → 光軸に平行に出る。
3. レンズの中心を通る → そのまま直進する。

三本すべてを毎回描く必要はありません。条件が明確で、交点や欠けた光路を判断できる二本を選ぶのが基本です。このレッスンでは、まだ像の交点は扱わず、一本ずつ規則を正確に選びます。

中心を通る光が本当にガラス中でまったく屈折しないわけではありません。入る面と出る面で屈折しますが、薄いレンズでは全体としてほぼ同じ直線上を進むため、作図規則として直進と近似します。

具体例で使う

レンズの上端へ向かう斜めの光が、手前の焦点も中心も通らないなら、三つの代表規則だけでは出射方向を一意に決められません。「レンズへ入れば必ず焦点を通る」と勝手に描かないことが大切です。

一方、入射光の延長が手前の焦点を通るなら、レンズ通過後は光軸に平行です。線の見た目ではなく、どの基準点を通るかを確認します。

誤答を直して次の学びへつなげる

「凸レンズを通る光はすべて焦点を通る」は誤りです。焦点を通るのは光軸に平行な入射光です。物体の一点から広がる光のうち、中心を通るものは直進し、別の方向へ進むものもあります。

次は未知の実験図で、焦点を特定したり、欠けた光路を三つの代表光線から補ったりします。

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。