光学
2枚レンズ中継
1枚目のレンズが実の倒立像を作り、2枚目がそれを再結像する。2回の倒立が打ち消し合い、系全体としては正立像になる。
2枚レンズ中継 — インタラクティブな光学シミュレーション。1枚目のレンズが実の倒立像を作り、2枚目がそれを再結像する。2回の倒立が打ち消し合い、系全体としては正立像になる。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
二段レンズ中継
第1レンズが倒立実像を作り、第2レンズが再成像します。2回の反転が打ち消され、系全体の像は正立します。
対物レンズが実像の中間像を形成し、接眼レンズまたは第二のレンズが観察者のためにそれを再結像します。2回の反転により正立した最終像が得られます — 顕微鏡や投影システムの標準的なリレー構成です。中間像を適切な共役点に置くには間隔が重要です。
- 2つの実像
- 全体の M = 積
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
同一の二枚の収束レンズを、第一レンズの像が第二レンズの物体になるように置く。全体のシステム倍率は、二枚のレンズの個別倍率を単純に掛け合わせたものか？
検討する予測
- システム倍率は個別倍率の和である。
- はい — システム倍率は各レンズの個別倍率の積である：M = m₁ × m₂。
- システム倍率は個別レンズの倍率から予測できない。
可変的な役割
設定するもの：
- L1 からの物体距離 (cm)
測定するもの：
- L1 の像距離 (cm)
- システム倍率 M
実験の進め方
- compound-relay プリセットを開き、「リセット」を押す。両方のレンズは f = 10 cm で、間隔は 40 cm である。
- 第一レンズの像距離とシステム倍率の表示を有効にする。
- 各試行のレンズ1からの物体距離を設定し、第一像の距離と全体のシステム倍率を記録する。
支配方程式
複合系の倍率 — M = m₁·m₂·…
任意の結像要素の連鎖では、全体のシステム倍率は各要素の倍率の積である：M = m₁ × m₂ × ... 各要素は、実際に受け取った物体（実物体または前の要素の像）を結像する。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、1/f₁ = 1/d_o1 + 1/d_i1（f₁ = 10 cm）から L1 の像距離 d_i1 を計算し、次に L2 の物体距離 d_o2 = 40 − d_i1、さらに 1/f₂ = 1/d_o2 + 1/d_i2（f₂ = 10 cm）から L2 の像距離 d_i2 を計算する。最後に M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2) を計算する。M を表と比較する。
- L1 の実像が L2 の実物体になる理由を説明する。第二レンズの「物体」が第一レンズで形成された像であっても、第二レンズは到達する光線を像にするだけである。
実験以外での活用
- 物体を L1 の 2f 点（d_o1 = 20 cm、したがって d_i1 = 20 cm）に置くと、システム倍率はちょうど 1 になる。二枚の別々のレンズを通り、二回反転したにもかかわらず、最終像は元の物体と同じ大きさ・向きになる。二回の反転が直立と同等の向きを与える理由を説明する。符号も確認すること。
- このような多レンズのリレー系は、内視鏡や潜望鏡で、像の大きさや明瞭さを失わずに距離を越えて像を運ぶために使われる。非常に長い焦点距離の単一レンズでは同じ小型のリレーを実現できない理由を説明する。
- AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- 複合レンズ（中継）へようこそ
- 最初のレンズを選択
- 再生
- 二段レンズ中継
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。