中学理科演習問題「凸レンズでの物体の見え方」

中学理科演習問題「凸レンズでの物体の見え方」です。

【演習問題】凸レンズでの物体の見え方

下図のように光学台を使って、凸レンズでの物体の見え方を調べた。凸レンズの左側に電球と矢印の形の穴をあけた板を置き、スクリーンに映る像を観察した。このときの穴をあけた板と凸レンズの距離をA、凸レンズとスクリーンの距離をBとする。凸レンズと穴をあけた板の距離Aを40cmにしたとき、スクリーンを像がはっきりと映る位置に動かすと、スクリーンに矢印の穴と同じ大きさの像が観察できた。これについて、以下の各問いに答えよ。

（1）スクリーンに映る像について、次の①～③の各選択肢から正しいものをそれぞれ選び、記号で答えよ。
①像の種類：　ア　実像　　イ　虚像
②像の向き：　ア　同じ　　イ　逆
③像の大きさ：　ア　矢印より大きい　　イ　矢印と同じ　　ウ　矢印より小さい

（2）このとき、図の位置からスクリーンを見ると、スクリーンにどのような像が見えるか。次のア～エから選び、記号で答えよ。

（3）この凸レンズの焦点距離は何cmか。

（4）この凸レンズの上半分を厚紙でおおうと、スクリーンに映る矢印の像はどうなるか。次のア～エから選び、記号で答えよ。
ア　上半分が映らなくなる　　　イ　下半分が映らなくなる
ウ　像の大きさが小さくなる　　エ　全体的に暗くなるが、像の形は変わらない

（5）距離Aが40cmの位置から矢印の形の穴をあけた板を凸レンズから遠ざけたとき、スクリーンにはっきりとした像をつくるためには、スクリーンをどのように動かせばよいか。次のア～ウから選び、記号で答えよ。
ア　凸レンズに近づける　　イ　凸レンズから遠ざける　　ウ　そのままの位置でよい

（6）（5）のとき、スクリーンに映る像の大きさは、矢印の形の穴をあけた板を凸レンズから遠ざける前と比べてどうなるか。次のア～ウから選び、記号で答えよ。
ア　大きくなる　　イ　小さくなる　　ウ　変わらない

（7）このあと、矢印の形の穴をあけた板を凸レンズに近づけていくと、ある距離よりも凸レンズに近づけると、スクリーンをどう動かしても像が映らなくなった。距離Aを何cmより近づけると像が映らなくなるか。

（8）（7）のときに、凸レンズ越しに矢印の形の穴をあけた板の方を見ると、矢印の像が見えた。どのような像が見えたか。次の①～③の選択肢から正しいものをそれぞれ選び、記号で答えよ。
①像の種類：　ア　実像　　イ　虚像
②像の向き：　ア　同じ　　イ　逆
③像の大きさ：　　ア　矢印より大きい　　イ　矢印と同じ　　ウ　矢印より小さい

【解答・解説】凸レンズでの物体の見え方

（1）①ア　②イ　③イ

スクリーンに映すことができる像は実像になります。実像は上下左右が逆に見える像です。また、光源（矢印の穴の板）と同じ大きさの実像ができているので、板の位置は焦点距離の2倍の位置にあり、Aの距離とBの距離は等しくなります。

（2）イ

実像は上下左右が逆に見える像なので、矢印の形の穴をあけた板を上下左右反対にしたイが答えとなります。

（3）20cm

Aの距離を40cmにしたとき、光源と同じ大きさの実像ができているので、40cmが焦点距離の2倍の位置となります。したがって焦点距離は、40cm÷2＝20cm　となります。

（4）エ

凸レンズの半分を紙でおおって光を通さないようにしても、下半分から光が通るので、像が欠けたりはしません。しかし、実像に集まる光は少なくなるので、全体的に像は暗くなります。

（5）ア

光源を凸レンズから遠ざけた場合、スクリーンにはっきりとした実像を映すためには、スクリーンを凸レンズに近づける必要があります。逆に、光源を凸レンズに近づけた場合は、スクリーンは凸レンズから遠ざける必要があります。

（6）イ

光源を凸レンズから遠ざけた場合、スクリーンに映る実像の大きさは小さくなり、光源を凸レンズに近づけた場合、スクリーンに映る実像の大きさは大きくなります。

（7）20cm

焦点距離が（3）で20cmだとわかっているので、20cmのよりも近くに光源を置くと、実像ができなくなり、レンズ越しに光源の方を見ると虚像を確認することができます。

（8）①イ　②ア　③ア

光源を焦点距離の内側に置いた場合、レンズ越しに虚像を確認することができます。虚像の向きは光源と同じ（正立）で、大きさは光源よりも大きく見えます。