凸レンズで明るい点ができる現象から問いをつくろう

このレッスンの役割

ここは「凸レンズの焦点と光の進み方」セクション、6レッスン中の第1段階です。前のセクションでは、透明な物質の境界で光が屈折することを学びました。今回は両面が曲がった凸レンズを通ると、平行に近い光が一点付近へ集まる現象を観察します。

今日の到達点は、凸レンズが光を作るのではなく、入ってきた光の進む向きを変えて集めるのだと捉え、「光はどこへ集まり、その位置は何で決まるのか」という問いを立てることです。

知る・理解する

凸レンズは中央が厚く、端が薄い透明なレンズです。遠くの景色から来る光は、狭い範囲では互いにほぼ平行と考えられます。この光を凸レンズへ通すと、レンズの反対側の一点付近へ集まり、白い紙に明るい小さな像ができます。

光が集まるのは、空気からガラスへ入る面と、ガラスから空気へ出る面で屈折するためです。上側を通る光は下向きへ、下側を通る光は上向きへ変わり、中央付近で交わります。

太陽光も平行に近いため、凸レンズで小さな点へ集めると強い熱になります。目や皮膚へ向けず、太陽をレンズ越しに見てはいけません。

具体例で使う

虫眼鏡と白い紙の間隔を変えると、明るい点がぼやけたり、最も小さくなったりします。レンズを通る前の光の向きが同じでも、紙の位置が違うと、光が交わる場所を正しく受け止められないからです。

別の凸レンズへ替えると、最も小さくなる位置が変わることがあります。この観察から、光の集まる位置はレンズの種類と関係する、と予想できます。

誤答を直して次の学びへつなげる

「凸レンズが明るい点を発光させた」は誤りです。光源は太陽や照明で、凸レンズは届いた光の向きを変えます。光を遮れば明るい点も消えることが証拠です。

次は遠くの景色をスクリーンへ映し、最も鮮明になる位置を使って焦点距離を測ります。

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。