中学1年の理科(第1分野「身近な物理現象」の光と音)で、光の反射・屈折に続いて学ぶ内容です。中央が厚いレンズが凸レンズで、光軸に平行に入った光は屈折して1点に集まります。この点が焦点、レンズの中心から焦点までの距離が焦点距離で、焦点はレンズの両側に1つずつあります。像の位置を求めるときは、決まった3本の光の道筋を使います。光軸に平行な光は屈折して反対側の焦点を通り、焦点を通ってレンズに入った光は屈折して光軸に平行に進み、レンズの中心を通る光はそのまま直進します。このうち2本をかけば、交わった点に像ができます。物体が焦点より外側にあるとき、スクリーンにうつる実像ができ、向きは物体と上下左右が逆になります。物体が焦点の2倍の位置にあるとき、像も反対側の焦点の2倍の位置にでき、大きさは物体と同じです。物体が焦点の2倍より遠いと像は小さく、焦点と2倍の間だと像は大きくなります。物体が焦点より内側にあるときは、スクリーンにはうつらず、レンズをのぞくと同じ向きの大きな虚像が見えます。ポイントには、短い補足として「光と色」(白色光はプリズムでいろいろな色の光に分かれる、物体の色は物体が反射した光の色で見える)も入っています。学習指導要領では、白色光が分かれることは光の反射・屈折の内容でふれる扱いで、教科書によって置かれている場所は異なります。

つまずきやすいところ

実像と虚像は、「スクリーンにうつるか、うつらないか」と「向き(逆か同じか)」を結びつけないと、どちらがどちらか混ざります。物体が焦点の外か内かとセットで整理する必要があります。
作図で、光軸に平行な光が屈折したあと「反対側の焦点」を通ることを忘れ、手前側の焦点に向けて線を引いてしまうことがあります。
物体を焦点の2倍の位置から近づけると、像はレンズから遠ざかり大きくなります。「物体が近づくと像も近づく」と思いこんで、逆に答えることがあります。
焦点の上に物体を置いたときは像ができない、という場合を、表の中で見落としやすいです。

教え方・声かけのコツ

作図は、光軸に平行な光とレンズの中心を通る光の2本から始めると決めておくと迷いにくくなります。定規を使い、交点をていねいに取らせてください。
虚像の作図では、レンズを通ったあとに広がる光を逆向きに延長した線(点線でかく教科書が多い)の交点に像がかけます。授業で習ったかき方に合わせて確かめてください。
問題に入る前に、「物体は焦点の外か内か、2倍より遠いか近いか」を先に言わせると、ポイントの表と結びつけて像の大きさを判断しやすくなります。
光源を使う実験では、凸レンズを通して光源を直接見ないよう、教科書や先生の指示に従うよう伝えてください。

運営者の見方

凸レンズは、言葉を覚えていても、光の道筋を自分でかけないと問題が解けない単元です。ポイントには、3本の光の道筋と、物体の位置ごとの像の位置・大きさの表、実像と虚像の図をまとめました。表を見ながら作図の結果を確かめられるように、同じ1枚にそろえています。問題は、用語を答える知識の大問のあと、作図が2題続く構成です。(1)は物体を焦点の2倍より遠くに、(2)は焦点と2倍の間に置いた図で、2つをかき比べると、物体を近づけたときに像が遠く大きくなることが自分の図から読み取れます。作図はかき直すことが多いので、答えの版で線の位置を確かめてから、もう一度かいてみる使い方もできます。

よくある質問

Q. 虚像の作図は、実像と同じ手順でよいですか。
A. 3本の光の道筋の考え方は同じですが、虚像ではレンズを通った光が実際には集まらないため、光を逆向きに延長した線を使う点が異なります。習ったかき方を優先してください。

Q. 焦点距離を使った計算は出ますか。
A. このプリントには計算の問題はなく、用語と作図が中心です。学習指導要領では、物体の位置と像の位置・大きさの関係を定性的に調べる扱いになっています。

Q. 光の反射や屈折は、この単元ですか。
A. 光の反射・屈折は凸レンズの前に学ぶことが多く、このサイトでも別の単元にしています。このプリントは凸レンズが中心で、「光と色」を短い補足として入れています。