中1物理【凸レンズの実像の位置】

このページでは「いろいろな位置にできる実像の位置」や「焦点距離の2倍の位置に物体を置いたとき」について解説しています。

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中1物理【凸レンズの実像の位置・焦点距離の2倍】

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1.焦点距離の2倍の位置

物体を焦点距離の2倍の位置に置いたとき、実像はどのようにできるか。

このケースがとても出題されやすいです。

ちょうど物体を焦点距離の2倍の位置に置いたときに作図してみましょう。

※作図方法は→【凸レンズの作図】←を参考に。

もちろん実像ができます。

この「実像のできる位置」「実像の大きさ」が重要です。

「実像のできる位置」は「物体とは反対側の焦点距離の2倍の位置」です。

(a=bになっていて、aまたはbは焦点距離の2倍の値)

このとき、「実像の大きさ」=「物体と同じ大きさ」になっています。

 

この事実がすごく重要です!

 

・・・たとえば

Q.ある物体を凸レンズのそばに置いて、できる実像の位置をスクリーンを用いて調べた。

ある位置に物体を置いたとき

「物体と凸レンズの距離a」と「凸レンズと実像がはっきり映ったスクリーンの距離b」が同じ

になった。

⇒ これはまさに焦点距離の2倍の位置に物体を置いているんです。

 

Q.ある物体を凸レンズのそばに置いて、できる実像の位置をスクリーンを用いて調べた。

ある位置に物体を置いたとき、

「物体の大きさ」と「スクリーンに映った実像の大きさ」が同じ

になった。

⇒ これも焦点距離の2倍の位置に物体を置いているんです。

 

これを利用すれば、焦点距離は簡単に求められます。

「物体と凸レンズの距離」=「焦点距離の2倍」になっている

ので a や b の値を ÷2 すればいいのです。

 

 

例題1

次のような装置で凸レンズがつくる実像について調べた。

a=40cmとなるように物体を置いたとき、スクリーンを動かして実像の位置を調べたところ、b=40cmとなるところに実像ができた。

この凸レンズの焦点距離は何cmか。

 


(答)
物体からレンズまでの距離=レンズから実像までの距離=40cm

となっています。

つまり40cm=焦点距離の2倍となっているはずです。

 

よって焦点距離は20cmです。

 

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2.物体の位置と実像の位置

焦点距離の2倍の位置より左に物体をおきます。

すると実像は↓の図の位置に作図されます。

ここから右へ物体を動かしましょう。

実像は以下のようになります。

まとめると

・左へ物体を動かすと(レンズから物体を遠ざける)

実像はレンズに近づき、小さくなる

 

・右へ物体を動かすと(レンズへ物体を近づける)

実像はレンズから遠ざかり、大きくなる

 

これもよく出題されるので合わせて覚えておきましょう。

(できれば作図でイメージできるように)

 

例題2

次のような装置で凸レンズがつくる実像について調べた。

a=24cmとなるように物体を置いたとき、実像がはっきり映るスクリーンの位置を調べた。

このときできた実像の大きさと物体の大きさは等しくなった。

(1) この凸レンズの焦点距離は何cmか。
(2) a=30cmとなるように物体を置いた。このときできる実像の大きさは物体よりも大きいか、それとも小さいか。
(3) a=18cmとなるように物体を置いた。このときできる実像の位置は(2)と比べて、凸レンズに近いか、それとも遠いか。


(答)

(1)

“できた実像の大きさと物体の大きさは等しくなった”ということは

焦点距離の2倍の位置に物体を置いた

からです。

 

つまり24cm=焦点距離の2倍となっているはずです。

よって焦点距離は12cmです。

 

(2)

a=30cmというのは、はじめのときより物体をレンズから遠ざけたわけです。

つまり↓の図のような状況です。

よって実像の大きさは物体の大きさより小さくなります

 

(3)
a=18cmというのは、(2)のときより物体をレンズから近づけたわけです。

つまり↓の図のような状況です。

よって実像の位置は(2)より凸レンズから遠ざかります

コメント

  1. 非常にわかりやすかったです。

    • 日本原人さん
      コメントありがとうございます。
      これからもご覧いただけると幸いです。

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ScienceTeacher
小中高生に数・理を教えている関西の現役塾講師です。
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