光波�C（レンズによる像の作図と簡単実験）

１．導入

前回まで屈折を学習しました。 レンズも屈折です。レンズに入るときと出るときと2回屈折します （これからの作図では面倒なので，レンズの中心で1回屈折しているように描きます）。 カーブがうまく作られていて，すべての光が集まる焦点があることがレンズのポイントです。

２．凸レンズと凹レンズ

まず，虫眼鏡のようなレンズを凸レンズといいます。 レンズの中心を通り，レンズに垂直な線を「光軸」といいますが， 光軸に平行な光を凸レンズに当てると，すべて焦点に集まります （それを利用して紙を燃やしたことはあるでしょう）。
一方，真ん中がへこんでいるレンズを凹レンズといいます。 これに光軸に平行な光をあてると，「すべて焦点から光が出ていっている」ようになります。 遠視のめがねは凹レンズです。

このようなレンズでは，左右に焦点距離の等しい焦点が２つずつあります。

ここでのポイントは，光は逆にすれば，同じ道を通る！
・光軸に平行な光線は，レンズを通過すると，焦点に向かう（凸）
・手前の焦点を通る光線は，レンズを通過すると，光軸に平行になる。

３．レンズによる像の作図

中学生のときは凸レンズによる像を作図しました。 忘れていると思いますので，もう一度やってみましょう。

※上の３つの線を「物体の一番上から出してください」。 そうすると，「交点は像の一番上」になります。
※物体の中心から３つの線を出せば，交点は像の真ん中です。

3番目以降は3本は無理です。4番目は像ができません。 5番目6番目は後ろに伸ばせば交点を得ることができます。これらは虚像になります。

生徒から質問：「3本引けないで像はできるのですか？」
答えは像はできます。この3本はあくまでも代表選手です。 単にわかりやすい道をたどるので書いているだけです。 物体の先端から出てレンズを通る光は，すべて像の先端に集まります。 ではここで「レンズの大小は何に関係があるでしょうか？」。 レンズが大きいとそれだけ多くの光が集まるということです。 ですので，弱い光の星などを観測するためには口径の大きいレンズが必要になるわけです。

４．虫眼鏡での実験

ではみんなに虫眼鏡を配ります。次のことをやってみてください。

実験�@：遠くを見ながら，虫眼鏡を目に近づけた状態からだんだん腕を伸ばしていきます。
→レンズと目が近いときは像はぼんやりとした正立像がみえますが，
　離していくとさらにぼんやりしていき，
　それを超えると上下さかさまの倒立像がみえるはずです。
これは作図の5番目から4番目･･･１番めという順序で追っています。

※見にくくてすみません！実際自分でやってみてください。

実験�A：レンズを窓に向け，たてたノートから徐々に離していって下さい。
→これで（小さくと大きくと）２回はっきりとした像がノートに写るはずです。
　（マンションや木が写っているでしょう）
　当たり前ですが，カラーで写ります！
　このようにスクリーンにはっきり映る像が「実像」です。

虫眼鏡として使用するときには，作図の５番目のように「虚像」を見ています。
近くに物体をおいて眺め，その状態で目の位置にスクリーンを置いても何も写りません。
あたかもそこから光が出ているように（つまりそこに物体があるように）見えるだけで， 実際には像は結んでいないのです。
こういう風に言うと，では何で見えるんですか？と聞かれますが， ふだん鏡で見ているのは虚像ですよ！

５．まとめ

今日はレンズの作図を行いました。作図は非常に大切です。 なぜなら作図するにはレンズの知識が必要だからです。 しかし厳密にレンズの大きさを求めるには心許ないので， 次回はレンズの公式を導いて，練習問題をします。

授業を終えて。。。
中学生のときにやったことは覚えていない。作図は年々指導が楽になっている気がする。 クラスのよってはレンズの公式まで板書した。

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