光学
凸レンズ—実像
焦点距離fを超えた物体：実像が反転して形成される（m = −dᵢ/dₒ）。
凸レンズ—実像 — インタラクティブな光学シミュレーション。焦点距離fを超えた物体：実像が反転して形成される（m = −dᵢ/dₒ）。 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。
薄レンズによる成像
物体が f より遠い：実像が反対側に倒立してできます（m = −dᵢ/dₒ）。
薄レンズの式 1/f = 1/d_o + 1/d_i が像の位置を決めます。d_o > f のとき像距離は正となるため、光線は反対側で実像に収束します。倍率の負符号は倒立を示します。このプリセットは物体を f より遠くに置き、像が鮮明で光学ベンチのスケールに収まるようにしています。
- 1/f = 1/d_o + 1/d_i
- m = −d_i/d_o
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
物体が収束レンズの焦点距離より遠くにある。物体をレンズからさらに遠ざけると、反対側にできる実像はレンズに近づくか、それとも遠ざかるか？
検討する予測
- レンズに近づく — 遠い物体ほど焦点付近に像を作る。
- レンズから遠ざかる。
- 像距離は物体距離に依存しない。
可変的な役割
設定するもの：
- 物体距離 d_o (cm)
測定するもの：
- 像距離 d_i (cm)
- 倍率 m
実験の進め方
- converging-real プリセットを開き、「リセット」を押す。レンズの焦点距離は 10 cm に固定されている。
- 像距離と倍率の表示を有効にする。
- 各試行の物体距離を設定し、像距離と倍率を記録する。
支配方程式
薄いレンズの式 — dᵢ = dₒ·f/(dₒ − f)
薄いレンズでは、物体距離、像距離、焦点距離が 1/f = 1/d_o + 1/d_i で関係する。この一つの式は、符号付き距離を使って収束レンズと発散レンズの両方に適用できる。
横倍率 — m = −dᵢ/dₒ
物体に対する像の大きさは m = −d_i/d_o である。負の m は倒立像を、|m| > 1 は拡大像を意味する。
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、f = 10 cm を用いて 1/f = 1/d_o + 1/d_i から d_i を計算し、次に m = −d_i/d_o を計算する。両方を表と比較する。
- 薄いレンズの式を使い、物体をレンズから遠ざける（d_o を増やす）と像距離が焦点距離へ近づく理由を説明する。
実験以外での活用
- すべての試行で倍率は負になる。負の m が、物体に対する像の向きについて物理的に何を意味するか説明する。
- カメラレンズは、焦点距離より遠い任意の物体についてセンサー上に実像を作る。非常に遠いもの（d_o ≫ f）を撮影すると、像が常に焦点面のすぐ近くにできる理由をデータを使って説明する。
- AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- 近づく? 遠ざかる?
- 物体をさらに遠ざける
- 像を記録する
- データを開く
- 根拠を説明する
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。