もう迷わない!レンズの作図 光線はどちらに曲がるのか
ワンポイント物理

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レンズは中学生でも習うのものですから凸レンズの作図に関しては大抵の人が得意です。
今回は、凸レンズ凹レンズの光線の行方を考えてみましょう。

bluebudgie / Pixabay

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動画

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問題

凸レンズの光線の行方

図のような斜めに入る光線があるとき、凸レンズを通過したあとの光線はどの道筋をたどるでしょうか?

凹レンズの光線の行方

同様に、図のような斜めに入る光線があるとき、凹レンズを通過したあとの光線はどの道筋をたどるでしょうか?

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考え方その1

Pexels / Pixabay

凸レンズ

簡単に考えてみましょう。

適当な位置に物体を想定します。(描きやすいところならどこでも構いません)

いつもやるように、その物体の先端から光軸に平行な光線を引きます。

次に、レンズ中心を通る光線を引きましょう。

さて、凸レンズの性質から
光軸に平行な光線は焦点をとおります。
また、レンズ中心を通る光線は直進します。

そうすると実像が想定できますね。
求める光線はその実像の先端に集光するはずですので、実像の先端に向けて矢印を引けばそれが答えです。

凹レンズ

同様に、適当な位置に物体を想定します。(描きやすいところならどこでも構いません)

いつもやるように、その物体の先端から光軸に平行な光線を引きます。

次に、レンズ中心を通る光線を引きましょう。

さて、凹レンズの性質から
光軸に平行な光線は焦点から出たかのように屈折します。
また、レンズ中心を通る光線は直進します。

そうすると虚像が想定できますね。
求める光線はその虚像の先端に集光するはずですので、像の先端に向けて矢印を引けばそれが答えです。


考え方その2

凸レンズ

問題の光線に平行な光線を考えてやります。

レンズ中心を通る光線は直進します。

焦点を通る光線はレンズを通過したあと光軸に並行になります。

この2つの光線はレンズの後方で1点で交わります。
これは焦点上になります。

求める光線もこの交点を通ります。

凹レンズ

問題の光線に平行な光線を考えてやります。

レンズ中心を通る光線は直進します。

焦点を通るように想定した光線はレンズを通過したあと光軸に並行になります。

この2つの光線を延長してやるとレンズの前方で1点で交わります。
これは焦点上になります。

求める光線もこの交点を通ります。

注意点:レンズに並行に入った光線群は焦点上に集光します。

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