凸レンズでできる実像と虚像に関する演習問題です。入試で最も出題が多いパターンを演習します。
凸レンズと実像・虚像の確認問題
- 凸レンズは光の性質のうち何を利用したものか。
- 凸レンズを通過する光の内、レンズの中心を通る光はどのように進むか。
- 凸レンズを通過する光の内、光軸に平行に進んだ光はどこを通過するか。
- 凸レンズを通過する光の内、焦点を通って凸レンズに入射した光はどのように進むか。
- 凸レンズを通過した光が集まり、スクリーンに移すことができる像を何というか。
- 5を利用したものは、次のうちどれか。
ア ルーペ イ 光ファイバー ウ カメラ エ カーブミラー - 光源を焦点よりも内側に置いた場合、凸レンズ越しに見える大きな像を何というか。
- 7を利用したものは、次のうちどれか。
ア ルーペ イ 光ファイバー ウ カメラ エ カーブミラー - 光源を焦点距離の2倍の位置に置いた場合、できる実像の大きさは光源と比べてどうか。
解答
- 光の屈折
- 直進する
- 焦点を通る
- 光軸に平行に進む
- 実像
- ウ
- 虚像
- ア
- 同じ（等しい）
【練習問題】凸レンズの実像と虚像
［問題］下の図のように、光学台に凸レンズと電球、矢印の形に穴をあけた板を固定し、スクリーンに像がはっきりと映るように、凸レンズとスクリーンの位置を変化させる実験を行った。このとき、凸レンズとスクリーンとの間の距離が30cmのとき、スクリーンにはっきりと矢印の形と同じ大きさの像が映った。次の各問いに答えよ。
（1）このときスクリーンに映ったような実際に光が集まってできる像を何というか。
（2）スクリーンに像が映るのは、次の中のどの光の性質があるからか。
ア 全反射 イ 光の直進 ウ 光の屈折 エ 光の拡散
（3）この凸レンズの焦点距離は何cmか。
（4）このときスクリーンに映った像を凸レンズとは反対側のスクリーンの裏側から見るとどのように見えるか。上のア～エの中から選べ。
（5）板を凸レンズに近づけ、板と凸レンズの距離を小さくしたところ、スクリーンに映った像がぼやけたのではっきりと映るように、凸レンズとスクリーンの距離を動かした。このとき凸レンズとスクリーンの間の距離は大きくなるか。小さくなるか。
（6）（5）のときスクリーンに映る像の大きさは、実物の矢印の大きさよりもどうなるか。
（7）さらに、板を凸レンズに近づけていくと、スクリーンにまったく像ができなくなった。板と凸レンズの距離を何cm以上近づけるとスクリーン上に像ができなくなるか。
（8）（7）のときに凸レンズを通して見える、実物よりも大きく見える像を何というか。
（9）（8）でできた像を利用したものには何があるか。次の中から1つ選べ。
ア 光ファイバー イ カメラ ウ ルーペ エ カーブミラー
（10）板と凸レンズとの間の距離を初めの状態に戻し、スクリーンにはっきりとした像ができる位置にスクリーンの位置を戻した後、凸レンズの下半分を黒い板でかくすと、スクリーンに映る像はどうなるか。次の中から一つ選べ。
ア 像が半分欠ける イ 像が映らなくなる ウ 暗くなる エ 変化はない
【解答・解説❷】凸レンズの実像と虚像
（1）実像
凸レンズを通過した光は屈折し、スクリーン上で集まって像をつくります。このときできた像を実像といいます。実像は実際に光が集まってできる像でスクリーンに映すことができます。
・実際に光が集まっているのでスクリーンに映すことができる。
・像の向きは上下左右が逆になっている。
（2）ウ
凸レンズは光の屈折を利用した道具になります。光を屈折させることで実像や虚像をつくりだすことができます。
・光の屈折→凸レンズ
・全反射→光ファイバー
（3）15cm
スクリーンに光源である矢印の形と同じ大きさの実像ができているので、凸レンズとスクリーンの距離は焦点距離の2倍の位置にあることがわかります。ということは、焦点距離は、30÷2＝15cmが焦点距離になります。
（4）イ
凸レンズを通過した光は屈折し、上下左右が逆になってスクリーンに映ります。したがってスクリーンに映る像は、上下左右が逆になっているイとなります。しかし、凸レンズ側からスクリーンを見た場合はイを裏側から見たアになるので注意が必要です。
（5）大きくなる
光源である板と凸レンズの距離を小さくした場合、凸レンズとスクリーンの距離は大きくしないと像がぼやけてしまいます。作図を実際に行うと答えがわかります。
（6）大きくなる
光源である板を凸レンズに近づけ、凸レンズとスクリーンの間の距離を大きくすると、スクリーンに映る実像の大きさは大きくなります。
（7）15cm
焦点距離が15cmですので、15cmの位置に光源である板を置くと、実像も虚像もできなくなり、15cm以内の距離に置くと虚像しかできなくなります。
（8）虚像
虚像は、光源が焦点距離よりも近くにある場合にできます。凸レンズごしに見える像です。
・スクリーンに映すことができない。
・光源を焦点距離よりも凸レンズの近くに置くとできる。
（9）ウ
ルーペは虫メガネと同じで、凸レンズになっています。物体を拡大して見えるのは虚像を見ているためです。
・虚像の利用→ルーペ・虫眼鏡
（10）ウ
凸レンズの下半分を光が通らないようにおおっても、上半分から光が通り像ができます。しかし、下半分から行く光が無くなるので全体的に像は暗くなります。
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