- 作図の方法が完璧にわかる♪
- 作図から像の大きさやスクリーンの位置がわかる♪
- 焦点距離より遠く、焦点、焦点の内側に光源を置いた時の像のでき方がわかる♪
今回はレンズの作図について学習していくよ！
↓こんなのを書けるようになるぜ↓
苦手分野だ〜
大丈夫！１つ１つイラストを使って丁寧に解説するから安心してね♪
わかった！頑張る！
うん！そんなに難しくないから頑張ろう！
お〜！
それじゃあ授業スタート！
この授業はYoutubeでも解説しています！
Youtubeの方が音声があってわかりやすいので、動画が見れる環境の方はこちらの方がおすすめです！
前回の学習で凸レンズを実際に動かす実験をしているから
先に確認してからこの学習を読むと理解が深まるよ♪
凸レンズでできる像
実験器具をこのようにセットしたよ！
ろうそくの代わりに電気で光る光源→凸レンズ→スクリーン の順にレールの上に乗せてできる像の大きさや光源と凸レンズ・光源とスクリーンの距離を計測しました！
明るくするとこんな感じ↓
これを作図していきます！
メモリのマスに書くんだね！
イラストはメモリのある用紙の中央に凸レンズ左側にろうそくのイラストを書けばOK！
いちいちろうそく書くの？
わかるよ！面倒だよね！
ってことでろうそく書かずに、頂点の点だけに注目して矢印で表します
作図をしよう！
矢印で書いて先端の点に注目！
作図には3本の線が必要！
まず最初は光源(矢印の先端)からレンズに向かって、平行な線をレンズにぶつかるまで書きます。
レンズに平行に入った光は、虫眼鏡と同じように焦点に向かって進みます。この時の焦点は赤い丸がついた部分になります。
なので、1本目の線は光源から出た光を凸レンズに当てて、凸レンズから焦点に向かってカクッと屈折させた線を書けばオッケーです！
これが１本目だね！
2本目の線は、凸レンズの中央を通って一度も屈折しない線です。
これは簡単だね
最後は1本目の逆で焦点に向かって引いて、凸レンズにぶつかったら平行に線を引きます。
この線は今まで引いた２本の線の交点に向かって進むので、簡単に書くことができます。
交わった点が重要です♪
このように作図すると、3本の線が反対側の1点で交わります
像を書くときは、反対向きの印で表現します
この時できた像の大きさが、実際にスクリーンに映る像の大きさになります！
今回の場合はもともとのろうそくが３マスで、できた像の大きさも３マスなので、同じ大きさの像ができるってことになるよ♪
実験結果も、焦点距離の2倍の位置に置いたときに、 ろうそくとできた像の大きさが一緒になっています。
３本いらなくない？
そうだね！
実際の作図の時は２本線を書けばOKだよ！
作図は2本の線で書けばオッケーです！基本的には①と②の線を描いて、その焦点に像を書くイメージでオッケー♪
これで作図の仕方は完璧だね♪
２本の線で作図できる理由
おまけで２本の線でいい理由を解説します！
実際のろうそくの光は3本の線ではなく、全方向に無数にブワーと飛び出ています。
その中の凸レンズに当たった光だけが、1つの点に向かって集められます。
作図の時は、ろうそくのてっぺんの1点だけを作図してるんだけど、それ以外の点はどうなんでしょうか？他の点でも考えてみましょう！
例えばろうそくの真ん中位の点を緑色で示して、この点から出る光がどのように反対側に行くのかを書いてみます。
反対側の同じらへんに点ができたね
他の点でもやってみましょう
下のほうの点を青色の点で表して、同じように作図してみます。
このようにして書いた3点を全部重ねて書くとこんな感じ！
それぞれの位置に転写してるね！
だから頂点だけでいいんだ！
そういうことっ！ 先端さえわかれば、他の点も同じ場所にできるから1個だけでいいんだ♪
レンズを半分隠す問題
次によく出る問題をやっていきましょう！
凸レンズの上半分を隠すとできる像はどうなるでしょうか？っていう問題がめちゃくちゃよく出ます！
この問題についてやっていきましょう！
上半分を隠すと無数の光のうち、凸レンズの上半分を通っていた光が遮られてしまいます。
でも下は通れるんだね！
そういうこと！
さっき考えたろうそくの下のほうの点も同じように、凸レンズを通って反対側に行くことを考えると、凸レンズの下側の光だけでも、像は完成することになります！
だから、凸レンズの上半分を隠しても反対側に同じように像ができる。でも像っていうのは光の集まりで凸レンズの上半分を隠したことで、光の量が半分になってしまうから、できる像の大きさは暗くなることになります。
この問題はよく出るので、しっかりと押さえておきましょう！
凸レンズの上半分を隠すとできる像の明るさが暗くなる
像の大きさとレンズの距離の関係
最後に像の大きさとレンズの距離の関係について考えていきます
実験の結果、光源と凸レンズの距離とスクリーンの位置、実像の大きさにはこの関係があることがわかっています。
実験の様子はこちら↓
焦点距離の２倍に置いた時
焦点距離の2倍の位置にろうそくを置くと、スクリーンの位置は反対側の2倍の位置に、像の大きさは同じ大きさができました。
この関係を作図すると、実験結果と同じになることがわかります！
実験と作図が一致していることが大切！
焦点距離の３倍に置いた時
距離の3倍に置いた時でも、実験結果と作図の結果が同じになります！
作図も実験も小さい像ができているねっ
焦点距離ぴったりに置いた時
焦点の上に置いたらどうなるでしょうか？
作図するとこう！
像ができないんだ！
そうです！この結果と作図はしっかり覚えよう！
焦点の内側に置いた時
内側の場合はこう！
虚像は前回の学習でやったね♪
うん！忘れちゃった人は復習してね♪
＼前回の学習はコチラ♪／
まとめ
- 作図の方法をマスター！
- 作図は２本の線を書けばOK！練習しよう！
今回のまとめクイズ！
次の学習も一緒に頑張ろうね！
次の学習では実際に計算をして求めていくよ！ハイレベルに挑戦した人は次の学習へ！
この授業は６時間目！
- １時間目 光って何？
- ２時間目 光の直進
- 3時間目 光の反射＆乱反射
- ４時間目 光の屈折＆全反射
- ５時間目 凸レンズを使ってレンズの実験をしよう！
- ６時間目 凸レンズで出来る像の作図にチャレンジ！
- ７時間目 凸レンズの焦点距離を計算しよう！
- ８時間目 虹はどうしてできる？
- ９時間目 音って何？
- 10時間目 モノコードを使って音の性質を理解！
- 11時間目 オシロスコープで音の波形を読み取ろう！
- 12時間目 ３つの力のはたらき
- 13時間目 いろいろな力の種類
- 14時間目 矢印を使って力を表現しよう！
- 15時間目 フックの法則の法則を実験！
- 16時間目 質量と重さって何が違うの？
- 17時間目 力のつりあい
- 18時間目 複数の力のつりあいを考えよう！
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